JP5050022B2 - MEMS device - Google Patents

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Description

本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関する。   The present invention relates to a MEMS device.

ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）を可変容量素子に適用したデバイス（以下、ＭＥＭＳ可変容量デバイスとよぶ）は、低い損失、高いアイソレーション、高い線形性を実現できることから、次世代携帯端末のマルチバンド・マルチモード化を実現するキーデバイスとして期待されている。   Devices that apply MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) to variable capacitance elements (hereinafter referred to as MEMS variable capacitance devices) can realize low loss, high isolation, and high linearity. It is expected as a key device to realize band / multimode.

ＭＥＭＳ可変容量デバイスが低い損失を実現できるのは、可動部である可変容量素子の容量電極に、抵抗率の低いメタル材料を使用しているためである。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などが、容量電極に用いられている。このようなメタル材料は、一般的に、延性の特性を示す。
そのため、可動な容量電極が繰り返して駆動されると、可動部を構成する部材のクリープ現象（応力による形状の変化）によって、可動部の形状が歪むという問題がある。 The reason why the MEMS variable capacitance device can realize a low loss is that a metal material having a low resistivity is used for the capacitance electrode of the variable capacitance element that is the movable portion. Specifically, aluminum (Al), gold (Au), or the like is used for the capacitor electrode. Such metal materials generally exhibit ductility characteristics.
Therefore, when the movable capacitive electrode is driven repeatedly, there is a problem that the shape of the movable part is distorted due to the creep phenomenon (change in shape due to stress) of the members constituting the movable part.

ＭＥＭＳ可変容量デバイスの場合、可動部としての電極がクリープ現象によって変化すると、容量電極を構成する２つの電極の間隔が、所定の間隔から変化する。そのため、ＭＥＭＳ可変容量デバイスが長い期間にわたって使用されると、可変容量素子の容量値が、設計値から変化してしまう。   In the case of the MEMS variable capacitance device, when the electrode as the movable portion changes due to the creep phenomenon, the interval between the two electrodes constituting the capacitance electrode changes from a predetermined interval. Therefore, when the MEMS variable capacitance device is used over a long period, the capacitance value of the variable capacitance element changes from the design value.

また、ＭＥＭＳを適用したスイッチでは、スイッチの接点部のアイソレーション特性が悪くなる。   Moreover, in a switch to which MEMS is applied, the isolation characteristics of the contact portion of the switch are deteriorated.

クリープ現象を回避するための手段の1つとして、塑性変化の小さい材料であって、例えば、アルミニウム−チタン（ＡｌＴｉ）合金やタングステン（Ｗ）などのように、脆性の特性を示す硬いメタル材料が、可動部に用いられる。しかし、このようなメタル材料は、ＡｌやＡｕに比較して、抵抗率が高く、損失が増えてしまう。   As a means for avoiding the creep phenomenon, a hard metal material having a brittle characteristic such as an aluminum-titanium (AlTi) alloy or tungsten (W) is a material having a small plastic change. Used for movable parts. However, such a metal material has a higher resistivity and a higher loss than Al and Au.

また、他の手段としては、延性材料のメタル材料と脆性材料の絶縁膜とを積層した構造が、可動部に採用される（例えば、特許文献１参照）。しかし、その積層構造では、延性材料と脆性材料との内部応力の差により、可動部に反りが生じやすく、結果として、可動部の形状が変形してしまう。   As another means, a structure in which a metal material of a ductile material and an insulating film of a brittle material are stacked is employed for the movable portion (see, for example, Patent Document 1). However, in the laminated structure, the movable part is likely to warp due to the difference in internal stress between the ductile material and the brittle material, and as a result, the shape of the movable part is deformed.

米国特許第７，２９９，５３８号US Patent No. 7,299,538

本発明は、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを提案する。   The present invention proposes a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to a creep phenomenon.

本発明の一態様に関わるＭＥＭＳデバイスは、基板上に設けられる電極と、前記基板上に設けられた第１及び第２のアンカー部によって、前記電極上方に中空に支持され、前記電極に向かって動く可動構造と、前記第１のアンカー部と前記可動構造とを接続し、延性材料が用いられる第１のばね構造と、前記第２のアンカー部と前記可動構造とを接続し、脆性材料が用いられる第２のばね構造とを、具備し、前記第１のばね構造を介して、前記可動構造に、電圧又は電流が供給される。 A MEMS device according to one embodiment of the present invention is supported in a hollow space above the electrode by an electrode provided on the substrate and first and second anchor portions provided on the substrate, and toward the electrode. A movable structure that connects the first anchor portion and the movable structure and connects the first spring structure in which a ductile material is used, connects the second anchor portion and the movable structure, and a brittle material And a voltage or current is supplied to the movable structure via the first spring structure.

本発明によれば、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを実現できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the MEMS device which suppresses characteristic deterioration by a creep phenomenon is realizable.

第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す平面図。The top view which shows one structural example of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す平面図。The top view which shows one structural example of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す平面図。The top view which shows one structural example of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す平面図。The top view which shows one structural example of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 1st Embodiment. 第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの応用例を示す図。The figure which shows the application example of the MEMS device of 1st Embodiment. 第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す平面図。The top view which shows one structural example of the MEMS device of 2nd Embodiment. 第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 2nd Embodiment. 第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the MEMS device of 2nd Embodiment. 第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the MEMS device of 2nd Embodiment. 第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスの一構成例を示す平面図。The top view which shows one structural example of the MEMS device of 2nd Embodiment. 第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the MEMS device of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複する説明は必要に応じて行う。   Hereinafter, embodiments for carrying out examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given as necessary.

［実施形態］
（Ａ） 第１の実施形態
以下、図１乃至図１１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスについて、ＭＥＭＳ可変容量素子を例に挙げて、説明する。 [Embodiment]
(A) First embodiment
Hereinafter, the MEMS device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11 by taking a MEMS variable capacitance element as an example.

（Ａ−１） 構成例１
図１乃至図８を参照して、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の一構成例について、説明する。 (A-1) Configuration example 1
A configuration example of a MEMS device (MEMS variable capacitance device) according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

（ａ） 構造
図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて、第１の実施形態の構成例１に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの構造について、説明する。図１は、本構成例に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの平面構造を示している。また、図２Ａ及び図２Ｂは、本構成例に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの断面構造を示している。図２Ａは、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示し、図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面構造を示している。 (A) Structure
The structure of the MEMS variable capacitance device according to Configuration Example 1 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B. FIG. 1 shows a planar structure of a MEMS variable capacitance device according to this configuration example. 2A and 2B show a cross-sectional structure of the MEMS variable capacitance device according to this configuration example. 2A shows a cross-sectional structure taken along the line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 2B shows a cross-sectional structure taken along the line BB ′ in FIG.

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、構成例１に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、基板１上に設けられる。基板１は、例えば、ガラスなどの絶縁性基板や、シリコン基板上に設けられた層間絶縁膜である。   As shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, a MEMS variable capacitance device 100A according to Configuration Example 1 is provided on a substrate 1. The substrate 1 is, for example, an insulating substrate such as glass or an interlayer insulating film provided on a silicon substrate.

シリコン基板上の層間絶縁膜が基板１に用いられた場合、シリコン基板の表面領域（半導体領域）には、電界効果トランジスタなどの素子が設けられてもよい。それらの素子は、ロジック回路や記憶回路を構成している。層間絶縁膜は、それらの回路を覆うように、シリコン基板上に設けられている。それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイスは、シリコン基板上の回路の上方に設けられる。尚、例えば、オシレータのようなノイズの発生源になる回路は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの下方に、配置しないことが好ましい。尚、層間絶縁膜内にシールドメタルを設けて、下層の回路からのノイズが、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａに伝播するのを抑制してもよい。
また、シリコン基板上の層間絶縁膜は、その寄生容量を小さくするため、誘電率の低い材料が用いられることが望ましい。例えば、層間絶縁膜には、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）が、用いられる。また、寄生容量を小さくするためには、層間絶縁膜の膜厚は厚いほうが望ましく、基板１としての層間絶縁膜の膜厚は、例えば、１０μｍ以上であることが好ましい。 When the interlayer insulating film on the silicon substrate is used for the substrate 1, an element such as a field effect transistor may be provided in the surface region (semiconductor region) of the silicon substrate. These elements constitute a logic circuit and a memory circuit. The interlayer insulating film is provided on the silicon substrate so as to cover those circuits. Therefore, the MEMS variable capacitance device is provided above the circuit on the silicon substrate. For example, it is preferable that a circuit that is a source of noise such as an oscillator is not disposed below the MEMS variable capacitance device 100A. Note that a shield metal may be provided in the interlayer insulating film to suppress propagation of noise from the lower layer circuit to the MEMS variable capacitance device 100A.
The interlayer insulating film on the silicon substrate is preferably made of a material having a low dielectric constant in order to reduce the parasitic capacitance. For example, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) is used for the interlayer insulating film. In order to reduce the parasitic capacitance, it is desirable that the thickness of the interlayer insulating film is thicker, and the thickness of the interlayer insulating film as the substrate 1 is preferably 10 μm or more, for example.

ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、例えば、下部容量電極（下部電極）１と上部容量電極（上部電極）２とを含んでいる。下部容量電極１と上部容量電極２とは、１つの可変容量素子を形成している。   The MEMS variable capacitance device 100 </ b> A includes, for example, a lower capacitance electrode (lower electrode) 1 and an upper capacitance electrode (upper electrode) 2. The lower capacitor electrode 1 and the upper capacitor electrode 2 form one variable capacitor.

本構成例において、下部容量電極１は、シグナル電極（第１の下部電極）１１とグランド電極（第２の下部電極）１２とから構成されている。シグナル電極１１及びグランド電極１２は１つの対をなし、２つの電極１１，１２間の電位差が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの出力（ＲＦパワー／ＲＦ電圧）として扱われる。シグナル電極１１の電位は、可変であり、グランド電極１２の電位は、一定の電位（例えばグランド電位）に設定される。   In the present configuration example, the lower capacitor electrode 1 includes a signal electrode (first lower electrode) 11 and a ground electrode (second lower electrode) 12. The signal electrode 11 and the ground electrode 12 form a pair, and the potential difference between the two electrodes 11 and 12 is handled as the output (RF power / RF voltage) of the MEMS variable capacitance device 100A. The potential of the signal electrode 11 is variable, and the potential of the ground electrode 12 is set to a constant potential (for example, ground potential).

シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、基板９内の溝Ｚ内に埋め込まれ、基板９内に固定されている。シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、ｙ方向に延在している。
シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの金属、又は、これらの金属のうち、少なくともいずれか１つを含む合金が用いられる。 For example, the signal electrode 11 and the ground electrode 12 are embedded in a groove Z in the substrate 9 and are fixed in the substrate 9. For example, the signal electrode 11 and the ground electrode 12 extend in the y direction.
For the signal electrode 11 and the ground electrode 12, for example, a metal such as aluminum (Al), copper (Cu), or gold (Au), or an alloy including at least one of these metals is used.

シグナル電極１１及びグランド電極１２の上面上には、絶縁膜１５が設けられている。   An insulating film 15 is provided on the upper surfaces of the signal electrode 11 and the ground electrode 12.

上部容量電極２は、シグナル電極１１及びグランド電極１２上方に設けられている。上部容量電極２は、例えば、複数のばね構造４１，４５を介して、アンカー部５１，５２によって、中空に支持されている。上部容量電極２は可動であり、基板１表面に対して上下方向（垂直方向）に動く。上部容量電極２は、例えば、四角形状の平面形状を有し、ｘ方向に延在している。尚、上部容量電極２は、その上面からその底面に向かって貫通する開口部（貫通孔）を有してもよい。   The upper capacitor electrode 2 is provided above the signal electrode 11 and the ground electrode 12. The upper capacitive electrode 2 is supported in a hollow manner by anchor portions 51 and 52 via a plurality of spring structures 41 and 45, for example. The upper capacitor electrode 2 is movable and moves in the vertical direction (vertical direction) with respect to the surface of the substrate 1. The upper capacitor electrode 2 has, for example, a rectangular planar shape and extends in the x direction. The upper capacitor electrode 2 may have an opening (through hole) penetrating from the upper surface toward the bottom surface.

上部容量電極２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムを主成分とする合金、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）などの金属が用いられる。   For the upper capacitor electrode 2, for example, a metal such as aluminum (Al), an alloy containing aluminum as a main component, copper (Cu), gold (Au), or platinum (Pt) is used.

下部容量電極１１，１２と上部容量電極２との間に、第１及び第２の下部駆動電極（駆動電極）３１，３２が設けられている。上部容量電極２と下部駆動電極３１，３２との間には、空隙（キャビティ）が設けられている。   Between the lower capacitor electrodes 11 and 12 and the upper capacitor electrode 2, first and second lower drive electrodes (drive electrodes) 31 and 32 are provided. A gap (cavity) is provided between the upper capacitor electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32.

下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜１５を介して、下部容量電極１１，１２上に積層されている。より具体的には、第１の下部駆動電極３１は、絶縁膜１５を介して、シグナル電極１１上に積層されている。第２の下部駆動電極３２は、絶縁膜１５を介して、グランド電極１２上に積層されている。尚、下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜を介して、基板９上面に設けられたシグナル電極１１及びグランド電極１２上に、積層されてもよい。   The lower drive electrodes 31 and 32 are stacked on the lower capacitor electrodes 11 and 12 via the insulating film 15. More specifically, the first lower drive electrode 31 is stacked on the signal electrode 11 via the insulating film 15. The second lower drive electrode 32 is stacked on the ground electrode 12 via the insulating film 15. The lower drive electrodes 31 and 32 may be stacked on the signal electrode 11 and the ground electrode 12 provided on the upper surface of the substrate 9 via an insulating film.

下部駆動電極３１，３２は四角形状の平面形状を有し、例えば、ｙ方向に延在する。下部駆動電極３１，３２の表面は、例えば、絶縁膜３５，３６によって覆われている。下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜１５上に固定されている。   The lower drive electrodes 31 and 32 have a square planar shape, and extend in the y direction, for example. The surfaces of the lower drive electrodes 31 and 32 are covered with insulating films 35 and 36, for example. The lower drive electrodes 31 and 32 are fixed on the insulating film 15.

尚、本構成例において、下部駆動電極３１，３２のｘ方向及びｙ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２と同じ寸法を有して図示されているが、これに限定されない。例えば、下部駆動電極３１，３２のｘ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２のｘ方向の寸法より大きくてもよいし、下部駆動電極３１，３２のｙ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２のｙ方向の寸法より小さくてもよい。   In this configuration example, the lower drive electrodes 31 and 32 have the same dimensions in the x and y directions as the lower signal electrodes 11 and 12, but the present invention is not limited to this. For example, the size of the lower drive electrodes 31 and 32 in the x direction may be larger than the size of the lower signal electrodes 11 and 12 in the x direction, and the size of the lower drive electrodes 31 and 32 in the y direction may be lower. , 12 may be smaller than the dimension in the y direction.

下部駆動電極３１，３２には、例えば、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕなどの、金属が用いられる。また、絶縁膜３５，３６には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、高誘電体（High-k）膜などの絶縁体が用いられる。
上述のように、上部電極２は、下部容量電極１１，１２と可変容量素子を形成する。さらに、本構成例においては、上部電極２は、２つの下部駆動電極３１，３２と対を成す駆動電極としても機能する。つまり、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、上部電極２と２つの下部駆動電極３１，３２によって、アクチュエータが構成されている。以下では、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａに含まれている可動な上部電極２のことを、上部容量／駆動電極２とよぶ。また、本構成例のように、下部駆動電極３１，３２が、絶縁膜１５を介して、下部容量電極１１，１２上に積層された構造のことを、積層電極構造とよぶ。 For the lower drive electrodes 31, 32, for example, a metal such as Al, an alloy containing Al as a main component, or Cu is used. For the insulating films 35 and 36, for example, an insulator such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a high dielectric (High-k) film is used.
As described above, the upper electrode 2 forms the variable capacitance element with the lower capacitance electrodes 11 and 12. Further, in this configuration example, the upper electrode 2 also functions as a drive electrode that forms a pair with the two lower drive electrodes 31 and 32. That is, in the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example, the upper electrode 2 and the two lower drive electrodes 31, 32 constitute an actuator. Hereinafter, the movable upper electrode 2 included in the MEMS variable capacitance device 100A is referred to as an upper capacitance / drive electrode 2. A structure in which the lower drive electrodes 31 and 32 are stacked on the lower capacitor electrodes 11 and 12 via the insulating film 15 as in this configuration example is called a stacked electrode structure.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、積層された下部容量電極１１，１２と下部駆動電極３１，３２とは、ＭＩＭ（Metal-insulator-Metal）構造の固定容量素子（以下、ＭＩＭ容量素子とよぶ）をそれぞれ形成している。ＭＩＭ容量素子は、積層された電極間の対向面積、積層された電極の間隔（絶縁膜１５の膜厚）、絶縁膜の誘電率に応じて、所定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有する。また、下部駆動電極３１，３２と上部容量／駆動電極２との間には、可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４を有する容量結合が存在している。尚、静電容量Ｃ１の大きさと静電容量Ｃ２の大きさは、同じ場合もあるし、異なる場合もある。これと同様に、静電容量Ｃ３の上限値／下限値と静電容量Ｃ４の上限値／下限値は、同じ場合もあるし、異なる場合もある。 In the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example, the stacked lower capacitance electrodes 11 and 12 and lower drive electrodes 31 and 32 are fixed capacitance elements (hereinafter referred to as MIM capacitance elements) having an MIM (Metal-insulator-Metal) structure. Each). The MIM capacitor element has predetermined capacitances C 1 and C 2 according to the facing area between the stacked electrodes, the interval between the stacked electrodes (film thickness of the insulating film 15), and the dielectric constant of the insulating film. . In addition, capacitive coupling having variable capacitances C 3 and C 4 exists between the lower drive electrodes 31 and 32 and the upper capacitor / drive electrode 2. The size of the capacitance C 1 of the size and the capacitance C 2 is to the same case also, it may be different. Similarly, the upper limit value / lower limit value of the capacitance C 3 and the upper limit value / lower limit value of the capacitance C 4 may be the same or different.

シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量は、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によって決定される。 The capacitance between the signal electrode 11 and the ground electrode 12 is determined by the capacitances C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 connected in series between the signal electrode 11 and the ground electrode 12.

シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ＭＥＭＳデバイスの可変容量、つまり、出力を生成するための可変容量として用いられる。尚、直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に加えて、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に生じる寄生容量が、シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量にさらに含まれる場合があるのはもちろんである。 Capacitances C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 connected in series between the signal electrode 11 and the ground electrode 12 are used as a variable capacitor of the MEMS device, that is, a variable capacitor for generating an output. . In addition to the capacitances C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 connected in series, parasitic capacitance generated between the signal electrode 11 and the ground electrode 12 is generated between the signal electrode 11 and the ground electrode 12. Of course, it may be further included in the capacitance.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に電位差を与えることによって、静電引力が生じる。上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に生じた静電引力によって、上部容量／駆動電極２が基板表面（下部駆動電極）に対して垂直方向（上下方向）に動き、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間隔が変動する。電極間距離の変動によって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの容量値（静電容量）が変化する。これにともなって、容量電極（ここでは、シグナル電極１１）の電位が変位し、高周波（ＲＦ：Radio frequency）の信号が、容量電極（シグナル／グランド電極）から出力される。   In the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example, an electrostatic attractive force is generated by applying a potential difference between the upper capacitance / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32. Due to the electrostatic attractive force generated between the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31, 32, the upper capacitor / drive electrode 2 moves in the vertical direction (vertical direction) with respect to the substrate surface (lower drive electrode), The distance between the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower capacitor electrodes 11, 12 varies. The capacitance value (capacitance) of the MEMS variable capacitance device 100A changes due to the change in the interelectrode distance. Accordingly, the potential of the capacitive electrode (here, the signal electrode 11) is displaced, and a radio frequency (RF) signal is output from the capacitive electrode (signal / ground electrode).

本構成例のように、可動な上部電極が容量電極及び駆動電極として機能する構造のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量電極と上部駆動電極とが互いに独立した構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスと比較して、製造方法がシンプルであり、且つ、構造的に頑強である。   As in this configuration example, the MEMS variable capacitance device 100A in which the movable upper electrode functions as a capacitance electrode and a drive electrode is compared with the MEMS variable capacitance device in which the upper capacitance electrode and the upper drive electrode are independent from each other. The manufacturing method is simple and structurally robust.

上述のように、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、中空に支持された可動な上部電極２には、複数のばね構造４１，４５が接続されている。複数のばね構造４１，４５は、異なる材料が用いられる。本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、第１及び第２のばね構造４１，４５を含み、それらは異なる材料が用いられている。   As described above, in the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example, the plurality of spring structures 41 and 45 are connected to the movable upper electrode 2 that is supported in the hollow. Different materials are used for the plurality of spring structures 41 and 45. The MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example includes first and second spring structures 41 and 45, which are made of different materials.

上部容量／駆動電極２のｘ方向の一端には、第１のばね構造４１の一端が接続されている。第１のばね構造４１は、例えば、上部容量／駆動電極２と一体に形成され、上部容量／駆動電極２と第１のばね構造４１とは、１つに繋がった単層構造になっている。第１のばね構造４１は、例えば、メアンダ状の平面形状を有している。   One end of the first spring structure 41 is connected to one end of the upper capacitor / drive electrode 2 in the x direction. For example, the first spring structure 41 is formed integrally with the upper capacitor / drive electrode 2, and the upper capacitor / drive electrode 2 and the first spring structure 41 have a single-layer structure connected to one. . The first spring structure 41 has, for example, a meander-like planar shape.

第１のばね構造４１の他端には、アンカー部５１が接続される。アンカー部５１は、例えば、配線９１上に設けられている。配線９１は、基板９表面を覆う絶縁膜１５上に設けられている。配線９１表面は、絶縁膜９２によって、覆われている。絶縁膜９２には、開口部が設けられている。この開口部を経由して、アンカー部５１は、配線９１に直接接触する。   An anchor portion 51 is connected to the other end of the first spring structure 41. The anchor part 51 is provided on the wiring 91, for example. The wiring 91 is provided on the insulating film 15 that covers the surface of the substrate 9. The surface of the wiring 91 is covered with an insulating film 92. An opening is provided in the insulating film 92. The anchor portion 51 is in direct contact with the wiring 91 via the opening.

第１のばね構造４１は、例えば、導電性を有する延性材料から構成され、上部容量／駆動電極２と同じ材料が用いられる。延性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が大きな塑性変化（延び）を生じてから破壊される材料のことである。   The first spring structure 41 is made of, for example, a ductile material having conductivity, and the same material as that of the upper capacitor / drive electrode 2 is used. The ductile material is a material that is broken after a large plastic change (elongation) occurs when the member made of the material is broken by applying stress.

第１のばね構造４１には、例えば、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ又はＰｔなどの金属が用いられる。アンカー部５１は、例えば、導電体から構成され、ばね構造４１と同じ材料から構成される。ただし、アンカー部５１は、上部容量／駆動電極２及びばね構造４１と異なる材料が用いられてもよい。   For the first spring structure 41, for example, Al, an alloy containing Al as a main component, or a metal such as Cu, Au, or Pt is used. The anchor portion 51 is made of, for example, a conductor and made of the same material as the spring structure 41. However, the anchor portion 51 may be made of a material different from that of the upper capacitor / drive electrode 2 and the spring structure 41.

上部容量／駆動電極２は、第１のばね構造４１、アンカー部５２及び配線９１を介して、電位（電圧）が供給される。   The upper capacitor / drive electrode 2 is supplied with a potential (voltage) via the first spring structure 41, the anchor portion 52, and the wiring 91.

また、四角形状の上部容量／駆動電極２の四隅に、第２のばね構造４５が１つずつ接続されている。尚、本構成例では、第２のばね構造４５が４個設けられているが、この個数に限定されない。第２のばね構造４５の一端は、上部容量／駆動電極２上に設けられている。このため、第２のばね構造４５と上部容量／駆動電極２との接合部は、積層構造になっている。第２のばね構造４１の他端は、アンカー部５２に接続される。アンカー部５２は、ダミー層９３，９４上に設けられている。ダミー層９３，９４は、基板９表面を覆う絶縁膜１５上に設けられている。   Further, one second spring structure 45 is connected to each of the four corners of the rectangular upper capacitor / drive electrode 2. In this configuration example, four second spring structures 45 are provided, but the number is not limited to this. One end of the second spring structure 45 is provided on the upper capacitor / drive electrode 2. For this reason, the junction between the second spring structure 45 and the upper capacitor / drive electrode 2 has a laminated structure. The other end of the second spring structure 41 is connected to the anchor portion 52. The anchor portion 52 is provided on the dummy layers 93 and 94. The dummy layers 93 and 94 are provided on the insulating film 15 covering the surface of the substrate 9.

第２のばね構造４５は、第１のばね構造４１とは異なる材料から構成される。第２のばね構造４５に用いられる材料は、例えば、脆性材料が用いられる。脆性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が塑性変化（形状の変化）をほとんど生じないで破壊される材料のことである。一般に、脆性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギー（応力）は、延性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギーより小さい。つまり、脆性材料を用いた部材は、延性材料を用いた部材より、破壊されやすい。   The second spring structure 45 is made of a material different from that of the first spring structure 41. As a material used for the second spring structure 45, for example, a brittle material is used. A brittle material is a material that is broken with little plastic change (change in shape) when the member made of the material is broken by applying stress. In general, the energy (stress) required to break a member using a brittle material is smaller than the energy required to break a member using a ductile material. That is, a member using a brittle material is more easily broken than a member using a ductile material.

第２のばね構造４５に用いられる脆性材料は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンのような絶縁性を有する材料を使用してもよいし、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）及びシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のような半導体材料、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム−チタニウム（ＡｌＴｉ）合金のような導電性を有する材料を使用してもよい。尚、ＡｌＴｉ合金は、ＡｌとＴｉとに加えて他の元素を含んでいてもよい。また、本構成例において、第２のばね構造４５は、上記以外の脆性材料が用いられてもよい。   As the brittle material used for the second spring structure 45, for example, an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride may be used, or polysilicon (poly-Si), silicon (Si), or silicon. A semiconductor material such as germanium (SiGe), a conductive material such as tungsten (W), molybdenum (Mo), and an aluminum-titanium (AlTi) alloy may be used. The AlTi alloy may contain other elements in addition to Al and Ti. In the present configuration example, the second spring structure 45 may be made of a brittle material other than the above.

尚、アンカー部５２に用いられる材料は、例えば、第２のばね構造４５と同じ材料（例えば、脆性材料）が用いられもよいし、アンカー部５１と同じ材料（例えば、延性材料）でもよい。配線９１及びダミー層９３は、例えば、下部駆動電極３１，３２と同じ材料が用いられ、配線９１及びダミー層９３の膜厚は、下部駆動電極３１，３２の膜厚と同じになっている。また、配線９１及びダミー層９３をそれぞれ覆う絶縁膜９２，９４は、下部駆動電極３１，３２を覆う絶縁膜３５，３６と同じ材料が用いられ、絶縁膜９２，９４の膜厚は、絶縁膜３５，３６の膜厚と同じになっている。   In addition, the material used for the anchor part 52 may be the same material (for example, brittle material) as the second spring structure 45, or may be the same material (for example, ductile material) as the anchor part 51. For example, the wiring 91 and the dummy layer 93 are made of the same material as the lower drive electrodes 31 and 32, and the film thickness of the wiring 91 and the dummy layer 93 is the same as the film thickness of the lower drive electrodes 31 and 32. The insulating films 92 and 94 that cover the wiring 91 and the dummy layer 93 are made of the same material as the insulating films 35 and 36 that cover the lower drive electrodes 31 and 32, respectively. The film thicknesses of 35 and 36 are the same.

脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２は、例えば、ばね構造４５の線幅、ばね構造４５の膜厚、及びばね構造４５の湾曲部（フレクチャー（Flexure））のうち、少なくともいずれか１つを適宜設定することによって、延性材料を用いたばね構造４１のばね定数ｋ１よりも大きくされる。   The spring constant k2 of the spring structure 45 using a brittle material is, for example, at least one of a line width of the spring structure 45, a film thickness of the spring structure 45, and a curved portion (flexure) of the spring structure 45. By appropriately setting one, the spring constant k1 of the spring structure 41 using a ductile material is made larger.

本実施形態の構成例１のように、延性及び脆性材料のばね構造４１，４５が可動な上部電極２に接続されている場合、上部容量電極２が上方に引き上げられた状態（以下、up-stateとよぶ）における容量電極間の間隔は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２によって、実質的に決定される。
脆性材料を用いたばね構造４５は、クリープ現象が起こりにくい。そのため、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの駆動を複数回繰り返しても、up-state時における容量電極間の間隔の変動は、少ない。尚、材料のクリープ現象とは、経年変化、または、ある部材に応力が与えられたときに、部材の歪み（形状の変化）が増大する現象のことである。
延性材料を用いたばね構造４１は、複数回の駆動によって、クリープ現象が生じる。しかし、ばね構造４１のばね定数ｋ１は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね係数ｋ２に比較して小さく設定されている。よって、up-state時における容量電極間の間隔に、延性材料を用いたばね構造４１の形状の変化（たわみ）が、大きな影響を与えることはない。 When the spring structures 41 and 45 of the ductile and brittle material are connected to the movable upper electrode 2 as in the configuration example 1 of the present embodiment, the upper capacitive electrode 2 is pulled upward (hereinafter, up- The interval between the capacitive electrodes in the state) is substantially determined by the spring constant k2 of the spring structure 45 using a brittle material.
The spring structure 45 using a brittle material is unlikely to cause a creep phenomenon. For this reason, even if the driving of the MEMS variable capacitance device 100A is repeated a plurality of times, the variation in the interval between the capacitance electrodes during up-state is small. Note that the creep phenomenon of a material is a phenomenon in which distortion (change in shape) of a member increases when stress is applied to a certain member over time.
In the spring structure 41 using the ductile material, a creep phenomenon occurs by a plurality of times of driving. However, the spring constant k1 of the spring structure 41 is set smaller than the spring coefficient k2 of the spring structure 45 using a brittle material. Therefore, the change (deflection) of the shape of the spring structure 41 using the ductile material does not have a great influence on the interval between the capacitive electrodes in the up-state.

このため、本実施形態の構成例１では、可動な上部電極（可動構造）２に、導電性を有する延性材料を用いることできる。つまり、クリープ現象を考慮せずに、抵抗率の低い材料を可動な上部電極２に用いることができるため、ＭＥＭＳデバイス（ここでは、ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の損失を、低減できる。   For this reason, in the configuration example 1 of the present embodiment, a ductile material having conductivity can be used for the movable upper electrode (movable structure) 2. That is, since a material having a low resistivity can be used for the movable upper electrode 2 without considering the creep phenomenon, the loss of the MEMS device (here, the MEMS variable capacitance device) can be reduced.

さらに、本実施形態の構成例１では、可動な上部電極２に、延性材料を用いたばね構造４１と脆性材料を用いたばね構造４５とを接続することで、延性材料からなる上部電極２上に異なる材料（例えば、脆性材料）からなる部材を積層しなくとも、可動な上部電極２に対するクリープ現象の影響を抑制できる。それゆえ、上部電極２上に脆性材料からなる部材を積層せずともよく、上部電極２と上部電極２上に積層された材料との内部応力の差によって、上部電極２の形状が歪むこともない。   Furthermore, in the configuration example 1 of the present embodiment, the spring structure 41 using a ductile material and the spring structure 45 using a brittle material are connected to the movable upper electrode 2 to be different on the upper electrode 2 made of a ductile material. Even if a member made of a material (for example, a brittle material) is not laminated, the influence of the creep phenomenon on the movable upper electrode 2 can be suppressed. Therefore, it is not necessary to laminate a member made of a brittle material on the upper electrode 2, and the shape of the upper electrode 2 may be distorted due to a difference in internal stress between the upper electrode 2 and the material laminated on the upper electrode 2. Absent.

以上のように、本実施形態の構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイスは、可動な上部電極２を、延性材料を用いたばね構造４１と脆性材料を用いたばね構造４５とによって、中空に支持することで、損失が低いという利点を保持しつつ、上部電極のクリープ現象を抑制できる。   As described above, the MEMS variable capacitance device of the configuration example of the present embodiment supports the movable upper electrode 2 in a hollow manner by the spring structure 41 using the ductile material and the spring structure 45 using the brittle material. The creep phenomenon of the upper electrode can be suppressed while maintaining the advantage of low loss.

したがって、本発明の第１の実施形態によれば、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを実現できる。   Therefore, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to realize a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to a creep phenomenon.

（ｂ） 動作
図２Ａ及び図２Ｃを用いて、本実施形態の構成例１に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）１００Ａの動作について、説明する。
本構成例１のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、例えば、静電駆動型のＭＥＭＳデバイスである。図２Ｃは、本構成例１のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおける、各電極２，３１，３２、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃ、及び電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃとの接続関係を示している。また、図２Ａ及び図２Ｃは、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの駆動時のそれぞれ異なる状態を示している。 (B) Operation
The operation of the MEMS device (MEMS variable capacitance device) 100A according to Configuration Example 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2A and 2C.
The MEMS variable capacitance device 100A of Configuration Example 1 is, for example, an electrostatic drive type MEMS device. FIG. 2C shows the connection relationship between the electrodes 2, 31, 32, the low-pass filters 7a, 7b, 7c, and the potential supply circuits 8a, 8b, 8c in the MEMS variable capacitance device 100A of Configuration Example 1. 2A and 2C show different states when the MEMS variable capacitance device 100A is driven.

図２Ｃに示されるように、上部容量／駆動電極２には、電位供給回路８ａが、ローパスフィルタ７ａを経由して、接続される。第１の下部駆動電極３１には、電位供給回路８ｂが、ローパスフィルタ７ｂを経由して、接続される。第２の下部駆動電極３２には、電位供給回路８ｃが、ローパスフィルタ７ｃを経由して、接続される。図２Ｃに示される例では、２つの下部駆動電極３１，３２は、それぞれ異なる電位供給回路８ｂ，８ｃに接続されている。但し、本構成例において、２つの下部駆動電極３１，３２は、それぞれ異なるローパスフィルタ７ｂ，７ｃに接続されていれば、１つの電位供給回路を共有してもよい。   As shown in FIG. 2C, a potential supply circuit 8a is connected to the upper capacitor / drive electrode 2 via a low-pass filter 7a. A potential supply circuit 8b is connected to the first lower drive electrode 31 via a low-pass filter 7b. A potential supply circuit 8c is connected to the second lower drive electrode 32 via a low-pass filter 7c. In the example shown in FIG. 2C, the two lower drive electrodes 31, 32 are connected to different potential supply circuits 8b, 8c, respectively. However, in this configuration example, the two lower drive electrodes 31 and 32 may share one potential supply circuit as long as they are connected to different low-pass filters 7b and 7c, respectively.

電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃは、例えば、昇圧回路を含んでいる。電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃは、外部から入力された電圧を、昇圧回路によって昇圧し、供給電位を出力する。供給電位は、ローパスフィルタ７に入力される。供給電位は、バイアス電位Ｖｂ又はグランド電位Ｖｇｎｄである。   The potential supply circuits 8a, 8b, and 8c include, for example, a booster circuit. The potential supply circuits 8a, 8b and 8c boost the voltage input from the outside by a booster circuit and output the supply potential. The supply potential is input to the low-pass filter 7. The supply potential is the bias potential Vb or the ground potential Vgnd.

ローパスフィルタ７は、そのカットオフ周波数に基づいて、入力信号（供給電位）が含むカットオフ周波数より大きい周波数成分を遮断し、入力信号が含むカットオフ周波数以下の周波数成分を通過させる。ローパスフィルタ７を通過したバイアス電位Ｖｂ又はグランド電位Ｖｇｎｄが、上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３１，３２にそれぞれ供給される。   Based on the cut-off frequency, the low-pass filter 7 cuts off a frequency component greater than the cut-off frequency included in the input signal (supply potential) and allows a frequency component equal to or lower than the cut-off frequency included in the input signal to pass. The bias potential Vb or the ground potential Vgnd that has passed through the low-pass filter 7 is supplied to the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32, respectively.

ローパスフィルタ７のカットオフ周波数は、ローパスフィルタ７を構成する抵抗素子の抵抗値及び固定容量素子の容量値とから求められる時定数の逆数によって、得られる。例えば、抵抗素子と固定容量素子とから構成されるローパスフィルタにおいて、ローパスフィルタのカットオフ周波数を０．７ＭＨｚにする場合、抵抗素子の抵抗値と容量素子の容量値とから求められる時定数が、０．７ＭＨｚの逆数になるように、抵抗値及び容量値が設定される。   The cut-off frequency of the low-pass filter 7 is obtained by the reciprocal of the time constant obtained from the resistance value of the resistance element constituting the low-pass filter 7 and the capacitance value of the fixed capacitance element. For example, in a low-pass filter composed of a resistance element and a fixed capacitance element, when the cutoff frequency of the low-pass filter is 0.7 MHz, the time constant obtained from the resistance value of the resistance element and the capacitance value of the capacitance element is: The resistance value and the capacitance value are set so as to be a reciprocal of 0.7 MHz.

ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃによって、供給電位の周波数成分（周波数帯域）に比較して、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃの出力電位は、低い周波数成分の電位、換言すると、供給電位に対して相対的に直流成分の電位にされる。このように、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃが電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃと電位が供給される各電極２，３１，３２との間に挿入されることによって、電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃから発生するノイズ（高い周波数成分）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａ、特に、ＲＦ出力部（容量電極１，２）に伝播するのを、防止する。   By the low-pass filters 7a, 7b, 7c, the output potential of the low-pass filters 7a, 7b, 7c is relative to the potential of the low-frequency components, in other words, relative to the supply potential, compared to the frequency component (frequency band) of the supply potential. Thus, the potential of the DC component is set. In this way, the low-pass filters 7a, 7b, 7c are inserted between the potential supply circuits 8a, 8b, 8c and the respective electrodes 2, 31, 32 to which the potential is supplied, whereby the potential supply circuits 8a, 8b, The noise (high frequency component) generated from 8c is prevented from propagating to the MEMS variable capacitance device 100A, in particular, to the RF output unit (capacitance electrodes 1 and 2).

例えば、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃのカットオフ周波数が０．７ＭＨｚに設定された場合、ノイズは、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃによって、−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの割合で減少する。よって、例えば、７００ＭＨｚ以上の周波数帯域で使用されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａに対するノイズの伝播は、−６０ｄＢに抑制できる。   For example, when the cut-off frequency of the low-pass filters 7a, 7b, and 7c is set to 0.7 MHz, the noise is reduced by the low-pass filters 7a, 7b, and 7c at a rate of −20 dB / decade. Therefore, for example, in the MEMS variable capacitance device 100A used in a frequency band of 700 MHz or more, noise propagation to the MEMS variable capacitance device 100A can be suppressed to −60 dB.

また、電極を保持している状態（ホールド状態（up-state））におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスの発振周波数（オシレータ周波数）が０．７ＭＨｚに設定された場合、ノイズは、−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの割合で減少する。このため、例えば、７００ＭＨｚ以上の周波数帯域で使用されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａに対するノイズの伝播は、−６０ｄＢに抑制できる。   Further, when the oscillation frequency (oscillator frequency) of the MEMS variable capacitance device in the state where the electrode is held (the hold state (up-state)) is set to 0.7 MHz, the noise is at a rate of −20 dB / decade. Decrease. For this reason, for example, in the MEMS variable capacitance device 100A used in a frequency band of 700 MHz or more, noise propagation to the MEMS variable capacitance device 100A can be suppressed to −60 dB.

このように、ローパスフィルタのカットオフ周波数が０．７ＭＨｚに設定され、ホールド状態時におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスの発振周波数が０．７ＭＨｚに設定された場合、電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃからのＭＥＭＳ可変容量デバイスに対するノイズの伝播は、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃの挿入によって、−１２０ｄＢに抑制できる。この値（−１２０ｄＢ）は、多くの無線システムにおいて、ノイズの伝播を抑制するのに、十分な値である。   Thus, when the cut-off frequency of the low-pass filter is set to 0.7 MHz and the oscillation frequency of the MEMS variable capacitance device in the hold state is set to 0.7 MHz, the MEMS from the potential supply circuits 8a, 8b, and 8c. Noise propagation to the variable capacitance device can be suppressed to -120 dB by inserting low-pass filters 7a, 7b, and 7c. This value (−120 dB) is sufficient to suppress noise propagation in many wireless systems.

以上のように、ＲＦ出力部に対する電位供給回路８のノイズは、ローパスフィルタ７によって低減される。ノイズが低減された電位が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａに供給され、供給されたバイアス電位Ｖｂ（又は、グランド電位）によって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは駆動する。   As described above, the noise of the potential supply circuit 8 with respect to the RF output unit is reduced by the low-pass filter 7. The potential with reduced noise is supplied to the MEMS variable capacitance device 100A, and the MEMS variable capacitance device 100A is driven by the supplied bias potential Vb (or ground potential).

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａが駆動される場合、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、電位差が与えられる。   When the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example is driven, a potential difference is applied between the upper capacitance / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32.

例えば、上部容量／駆動電極２にグランド電位Ｖｇｎｄ（例えば、０Ｖ）が供給され、下部駆動電極３１，３２にバイアス電位Ｖｂが供給されることによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは駆動する。上部容量／駆動電極２を下側へ下げる場合において、バイアス電位Ｖｂは、例えば、３０Ｖ（絶対値）程度である。
これとは反対に、上部容量／駆動電極２にバイアス電位Ｖｂが供給され、下部駆動電極３１，３２にグランド電位Ｖｇｎｄが供給されることによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１を駆動してもよい。また、上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３１，３２にそれぞれ供給する電位を、バイアス電位Ｖｂとグランド電位Ｖｇｎｄとで交互に入れ替えて駆動させてもよい。尚、２つの下部駆動電極３１，３２の両方に、同じ大きさ・極性の電位が供給されることに限定されない。 For example, when the ground potential Vgnd (for example, 0 V) is supplied to the upper capacitor / drive electrode 2 and the bias potential Vb is supplied to the lower drive electrodes 31 and 32, the MEMS variable capacitor device 100A is driven. When lowering the upper capacitor / drive electrode 2 downward, the bias potential Vb is, for example, about 30 V (absolute value).
On the contrary, the MEMS variable capacitance device 1 may be driven by supplying a bias potential Vb to the upper capacitor / drive electrode 2 and supplying a ground potential Vgnd to the lower drive electrodes 31 and 32. Alternatively, the potential supplied to the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32 may be alternately switched between the bias potential Vb and the ground potential Vgnd for driving. It should be noted that the two lower drive electrodes 31 and 32 are not limited to being supplied with potentials having the same magnitude and polarity.

与えられた電位差に起因して、電極２，３１，３２間に静電引力が発生する。   Due to the applied potential difference, an electrostatic attractive force is generated between the electrodes 2, 31 and 32.

上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差が無い、又は、電位差が小さい場合、図２Ａに示すように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量／駆動電極２は、上へ上がった状態になっている。   When there is no potential difference between the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31, 32, or when the potential difference is small, as shown in FIG. 2A, the MEMS variable capacitor device 100A has the upper capacitor / drive electrode 2 It is in a state of going up.

上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がある値以上になると、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に生じる静電引力によって、可動な上部容量／駆動電極２は動き始め、下部駆動電極３１，３２側へ引き寄せられる。   When the potential difference between the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32 exceeds a certain value, it is movable by the electrostatic attraction generated between the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32. The upper capacitor / drive electrode 2 starts to move and is drawn toward the lower drive electrodes 31 and 32.

その結果として、図２Ｃに示されるように、上部容量／駆動電極２は、下部駆動電極３１，３２側へ下がった状態になる。可動な上部容量／駆動電極２が動き始める電位差は、プルイン電圧とよばれる。   As a result, as shown in FIG. 2C, the upper capacitor / drive electrode 2 is lowered to the lower drive electrodes 31 and 32 side. The potential difference at which the movable upper capacitor / drive electrode 2 starts to move is called a pull-in voltage.

本構成例において、上部駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がある値（プルイン電圧）以上になって、例えば、図２Ｃに示されるように、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ下がった状態のことを、down-stateとよぶ。これに対して、上部駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がプルイン電圧より小さくて、例えば、図２Ａに示されるように、上部容量／駆動電極２が上へ上がった状態のことをup-stateとよぶ。   In this configuration example, the potential difference between the upper drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32 becomes equal to or greater than a certain value (pull-in voltage). For example, as shown in FIG. A state in which the lower drive electrodes 31 and 32 are lowered is referred to as a down-state. On the other hand, the potential difference between the upper drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32 is smaller than the pull-in voltage, and the upper capacitor / drive electrode 2 is raised upward as shown in FIG. 2A, for example. Is called up-state.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、下部容量電極（シグナル／グランド電極）１１，１２上に、下部駆動電極３１，３２が積層された構造を有している。それゆえ、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ下がる動作は、上部容量／駆動電極２が下部容量電極１１，１２側へ下がる動作と、同じである。
よって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａのup-state時とＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂのdown-state時とで、可変容量素子を形成する上部容量／駆動電極２と下部容量電極１との間の電極間距離が、変化する。 The MEMS variable capacitance device 100 </ b> A of this configuration example has a structure in which lower drive electrodes 31 and 32 are stacked on lower capacitance electrodes (signal / ground electrodes) 11 and 12. Therefore, the operation of lowering the upper capacitor / drive electrode 2 toward the lower drive electrodes 31 and 32 is the same as the operation of lowering the upper capacitor / drive electrode 2 toward the lower capacitor electrodes 11 and 12.
Therefore, the inter-electrode distance between the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower capacitor electrode 1 forming the variable capacitor element when the MEMS variable capacitor device 100A is up-state and when the MEMS variable capacitor device 100B is down-state. Will change.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、下部容量電極１を構成する２つの電極１１，１２のうち、一方の電極（シグナル電極）１１の電位は可変にされ、他方の電極（グランド電極）１２の電位は固定されている。
上部容量電極２と下部容量電極１１，１２との間の電極間距離が変動することによって、対を成す２つの下部容量電極のうち、シグナル電極１１の電位は、down-stateとup-stateとで、変化する。一方、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作時、２つの下部容量電極１のうちグランド電極１２は、一定の電位（例えば、グランド電位）に固定されているので、グランド電極１２の電位は、変位しない。
このシグナル電極１１とグランド電極１２との電位差が、出力信号（ＲＦパワー又はＲＦ電圧）ＶＲＦとして、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作サイクル（up/down-state）に応じた周波数で、外部へ出力される。 In the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example, the potential of one electrode (signal electrode) 11 of the two electrodes 11 and 12 constituting the lower capacitance electrode 1 is made variable, and the other electrode (ground electrode) 12 is made. The potential of is fixed.
When the inter-electrode distance between the upper capacitive electrode 2 and the lower capacitive electrodes 11 and 12 varies, the potential of the signal electrode 11 of the two lower capacitive electrodes that form a pair becomes down-state and up-state. And change. On the other hand, during the operation of the MEMS variable capacitance device 100A, since the ground electrode 12 of the two lower capacitance electrodes 1 is fixed at a constant potential (for example, the ground potential), the potential of the ground electrode 12 is not displaced.
The potential difference between the signal electrode 11 and the ground electrode 12 is output to the outside as an output signal (RF power or RF voltage) V RF at a frequency corresponding to the operation cycle (up / down-state) of the MEMS variable capacitance device 100A. Is done.

図２Ｃに示すように、上部容量／駆動電極２と電位供給回路８ａとの間に、ローパスフィルタ７ａが挿入されている。これによって、上部信号／容量電極２は、高周波（ＲＦ）的には、フロート（浮遊状態）になる。このため、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、上部電極２は、下部容量電極１と対を成す上部容量電極として機能すると共に、下部駆動電極３１，３２と対を成す上部駆動電極としても機能する。   As shown in FIG. 2C, a low-pass filter 7a is inserted between the upper capacitor / drive electrode 2 and the potential supply circuit 8a. As a result, the upper signal / capacitance electrode 2 is floated in a high frequency (RF) manner. For this reason, in the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example, the upper electrode 2 functions as an upper capacitive electrode that forms a pair with the lower capacitive electrode 1 and also functions as an upper drive electrode that forms a pair with the lower drive electrodes 31 and 32. Function.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、図２Ａに示されるように、各電極２，１１，１２，３１，３２間に、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有する。そのため、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、シグナル線（シグナル電極）ｓｉｇとグランド線（グランド電極）ｇｎｄとの間に、それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、直列に接続された回路構成と等価になっている。この構成によって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａのdown-state時に、可動な上部電極２に印加される電位差及びその電位差に起因する静電引力は小さくなり、ＲＦ電圧の出力時に、down-stateからup-stateに戻すことが容易になる。 As shown in FIG. 2A, the MEMS variable capacitance device 100 </ b> A of this configuration example has capacitances C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 between the electrodes 2 , 11 , 12, 31, and 32. Therefore, in the MEMS variable capacitance device 100A of this configuration example, the capacitances C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 are between the signal line (signal electrode) sig and the ground line (ground electrode) gnd. This is equivalent to a circuit configuration connected in series. With this configuration, the potential difference applied to the movable upper electrode 2 during the down-state of the MEMS variable capacitance device 100A and the electrostatic attractive force due to the potential difference are reduced, and the RF voltage is output from the down-state up- It becomes easy to return to the state.

上述のように、本構成例におけるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、可動な上部電極２に、延性材料を用いたばね構造４１と脆性材料を用いたばね構造４５とが接続されている。   As described above, in the MEMS variable capacitance device 100A in this configuration example, the movable upper electrode 2 is connected to the spring structure 41 using a ductile material and the spring structure 45 using a brittle material.

up-state時における容量電極間の間隔は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２によって、実質的に決定される。そのため、延性材料を用いたばね構造４１の形状の変化（たわみ）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａのup-stateにおける容量電極間の間隔に大きな影響を与えることはない。   The distance between the capacitive electrodes in the up-state is substantially determined by the spring constant k2 of the spring structure 45 using a brittle material. Therefore, the change (deflection) of the shape of the spring structure 41 using the ductile material does not significantly affect the interval between the capacitive electrodes in the up-state of the MEMS variable capacitance device 100A.

それゆえ、高周波を出力するために、図２Ａの状態（up-state）と図２Ｃの状態（down-state）とが複数回繰り返されても、上部電極２に対するクリープ現象の影響は小さくなる。   Therefore, even if the state of FIG. 2A (up-state) and the state of FIG. 2C (down-state) are repeated a plurality of times in order to output a high frequency, the effect of the creep phenomenon on the upper electrode 2 is reduced.

また、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２が延性材料を用いたばね構造４１のばね定数ｋ１より大きくされることによって、down-stateからup-stateに戻す動作が、比較的容易になる。   In addition, since the spring constant k2 of the spring structure 45 using the brittle material is made larger than the spring constant k1 of the spring structure 41 using the ductile material, the operation of returning from the down-state to the up-state becomes relatively easy.

したがって、本発明の実施形態の構成例１によれば、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを実現できる。   Therefore, according to Configuration Example 1 of the embodiment of the present invention, it is possible to realize a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to a creep phenomenon.

（ｄ） 製造方法
以下、図３を用いて、構成例１に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の製造方法について、説明する。図３は、構成例１に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造工程の各工程において、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面構造をそれぞれ示している。尚、図３において、図中の手前又は奥行き方向に示される部材は、破線で示されている。 (D) Manufacturing Method Hereinafter, a manufacturing method of the MEMS device (MEMS variable capacitance device) according to Configuration Example 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional structure taken along line AA ′ of FIG. 1 in each step of the manufacturing process of the MEMS variable capacitance device according to Configuration Example 1. In FIG. 3, members shown in the front or depth direction in the drawing are indicated by broken lines.

まず、図３の（ａ）に示すように、基板（例えば、絶縁層）１内に、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、溝Ｚが形成される。 この後、基板１上及び溝Ｚ内に、導電体が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor deposition）法又はスパッタ法を用いて、堆積される。導電体には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）及び金（Ａｕ）等の金属やこれらのいずれかを含む合金が用いられる。   First, as shown in FIG. 3A, a groove Z is formed in a substrate (for example, an insulating layer) 1 by using, for example, a photolithography technique and a RIE (Reactive Ion Etching) method. Thereafter, a conductor is deposited on the substrate 1 and in the groove Z by using, for example, a CVD (Chemical Vapor deposition) method or a sputtering method. For the conductor, for example, a metal such as aluminum (Al), copper (Cu), and gold (Au) or an alloy containing any of these is used.

そして、基板１の上面をストッパとして、導電体に対して、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法による平坦化処理が実行される。
これによって、基板１の溝Ｚ内に、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの下部容量電極１１，１２が、自己整合的に埋め込まれる。本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、下部容量電極１１，１２は、２つの電極（配線）が対をなして形成されている。具体的には、シグナル電極１１とグランド電極１２とから下部容量電極が構成され、シグナル電極の電位１１が可変にされ、グランド電極１２の電位が固定にされる。シグナル線１１とグランド線１２との電位差が、ＭＥＭＳ可変容量素子の出力（ＲＦ電圧）となる。 Then, using the upper surface of the substrate 1 as a stopper, a planarization process is performed on the conductor by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.
As a result, the lower capacitance electrodes 11 and 12 of the MEMS variable capacitance device are embedded in the groove Z of the substrate 1 in a self-aligned manner. In the MEMS variable capacitance device of this configuration example, the lower capacitance electrodes 11 and 12 are formed by pairing two electrodes (wirings). Specifically, the lower electrode is constituted by the signal electrode 11 and the ground electrode 12, the potential 11 of the signal electrode is made variable, and the potential of the ground electrode 12 is fixed. The potential difference between the signal line 11 and the ground line 12 becomes the output (RF voltage) of the MEMS variable capacitance element.

このように、下部容量電極１１，１２は、ダマシーンプロセスによって、形成される。尚、溝Ｚの平面形状は、下部容量電極１１，１２のレイアウトに応じて、所定の形状になるように、形成される。   Thus, the lower capacitor electrodes 11 and 12 are formed by a damascene process. The planar shape of the groove Z is formed to be a predetermined shape according to the layout of the lower capacitor electrodes 11 and 12.

次に、図３の（ｂ）に示されるように、絶縁膜１５が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法などを用いて、基板１表面上及び下部容量電極１１，１２上に、堆積される。絶縁膜１５は、例えば、酸化シリコンが用いられる。但し、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのように、酸化シリコンより比誘電率の高い材料を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 3B, the insulating film 15 is deposited on the surface of the substrate 1 and on the lower capacitor electrodes 11 and 12 by using, for example, a CVD method or a thermal oxidation method. . For example, silicon oxide is used for the insulating film 15. However, a material having a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide, such as silicon nitride, aluminum oxide, or aluminum nitride, may be used.

続いて、導電体が、例えば、ＣＶＤ法又はスパッタ法を用いて、絶縁膜１５上に堆積される。この後、堆積された導電体は、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、加工される。これによって、シグナル電極１１及びグランド電極１２と上下に重なる位置に、ＭＥＭＳ可変容量素子の下部駆動電極３１，３２がそれぞれ形成される。   Subsequently, a conductor is deposited on the insulating film 15 by using, for example, a CVD method or a sputtering method. Thereafter, the deposited conductor is processed using a photolithography technique and an RIE method. As a result, the lower drive electrodes 31 and 32 of the MEMS variable capacitance element are formed at positions overlapping the signal electrode 11 and the ground electrode 12 in the vertical direction.

尚、下部駆動電極３１，３２が形成されるのと同時に、絶縁膜１５（基板１）上に、ＭＥＭＳデバイスの信号配線又は電源配線が、下部駆動電極３１，３２と同じ材料を用いて、形成されてもよい。   At the same time as the lower drive electrodes 31 and 32 are formed, the signal wiring or power supply wiring of the MEMS device is formed on the insulating film 15 (substrate 1) using the same material as the lower drive electrodes 31 and 32. May be.

下部駆動電極３１，３２上に、絶縁膜３５，３６が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法など用いて、形成される。絶縁膜３５，３６には、例えば、酸化シリコンが用いられる。但し、絶縁膜３５，３６には、酸化シリコンより比誘電率の高い絶縁体が用いられてもよい。尚、絶縁膜３５，３６がＣＶＤ法を用いて堆積された場合、下部駆動電極３１，３２表面だけでなく、絶縁膜１５上にも堆積されるが、ここでの図示は省略する。   Insulating films 35 and 36 are formed on the lower drive electrodes 31 and 32 by using, for example, a CVD method or a thermal oxidation method. For example, silicon oxide is used for the insulating films 35 and 36. However, an insulator having a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide may be used for the insulating films 35 and 36. When the insulating films 35 and 36 are deposited using the CVD method, they are deposited not only on the surfaces of the lower drive electrodes 31 and 32 but also on the insulating film 15, but illustration thereof is omitted here.

続いて、図３の（ｃ）に示されるように、犠牲層９８が、例えば、ＣＶＤ法や塗布法などを用いて、絶縁膜１５，３５上に堆積される。犠牲層９８は、犠牲層９８より下層に形成された材料及び犠牲層９８より上層に形成される後述の材料に対して大きなエッチング選択比を確保できれば、絶縁体、導電体（金属）、半導体、或いは、有機物（例えば、レジスト）など、いずれを用いてもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 3C, a sacrificial layer 98 is deposited on the insulating films 15 and 35 by using, for example, a CVD method or a coating method. If the sacrificial layer 98 can secure a large etching selectivity with respect to the material formed below the sacrificial layer 98 and the material described later above the sacrificial layer 98, an insulator, a conductor (metal), a semiconductor, Alternatively, any organic material (for example, resist) may be used.

そして、例えば、アンカー部を形成する領域（以下、アンカー形成領域とよぶ）において、犠牲層９８内に、アンカー部を埋め込む開口部が、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、形成される。   For example, in a region where the anchor portion is formed (hereinafter referred to as an anchor formation region), an opening for embedding the anchor portion is formed in the sacrificial layer 98 by using a photolithography technique and an RIE method.

それから、導電体２が、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、犠牲層９８上に堆積される。尚、アンカー形成領域に、開口部が形成されている場合には、その導電体２が開口部内に埋め込まれる。   Then, the conductor 2 is deposited on the sacrificial layer 98 by using, for example, a CVD method or a sputtering method. In the case where an opening is formed in the anchor formation region, the conductor 2 is embedded in the opening.

犠牲層９８上の導電体２は、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、所定の形状に加工される。これによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの上部容量電極２が形成される。尚、本構成例におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスでは、上部容量電極２は、アクチュエータの駆動電極としても機能する。   The conductor 2 on the sacrificial layer 98 is processed into a predetermined shape using, for example, a photolithography technique and an RIE method. As a result, the upper capacitor electrode 2 of the MEMS variable capacitor device is formed. In the MEMS variable capacitance device in this configuration example, the upper capacitance electrode 2 also functions as a drive electrode for the actuator.

上部容量／駆動電極２が形成されるのと同時に、第１のばね構造４１が形成される。このばね構造は、上部容量／駆動電極２と一体に繋がっている。上部容量／駆動電極２及び第１のばね構造４１は、例えば、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ａｕ、Ｐｔなどのような、延性材料が用いられている。   The first spring structure 41 is formed simultaneously with the formation of the upper capacitor / drive electrode 2. This spring structure is integrally connected to the upper capacitor / drive electrode 2. For the upper capacitor / drive electrode 2 and the first spring structure 41, for example, ductile material such as Al, an alloy containing Al as a main component, Au, Pt, or the like is used.

上部容量／駆動電極２及び第１のばね構造４１が形成された後、図３の（ｄ）に示されるように、第２のばね構造４５が、可動な上部容量／駆動電極２上の所定の位置に接続されるように、犠牲層９８上及び上部容量／駆動電極２上に形成される。このばね構造４５には、脆性材料が用いられる。例えば、以下の工程で、第２のばね構造４５が形成される。   After the upper capacitor / drive electrode 2 and the first spring structure 41 are formed, a second spring structure 45 is formed on the movable upper capacitor / drive electrode 2 as shown in FIG. It is formed on the sacrificial layer 98 and on the upper capacitor / drive electrode 2 so as to be connected to the position. A brittle material is used for the spring structure 45. For example, the second spring structure 45 is formed by the following process.

上部容量／駆動電極２及び第１のばね構造４１が形成された後、第２のばね構造のアンカー形成領域において、犠牲層９８内に開口部が形成される。そして、第２のばね構造を構成する脆性材料が、例えば、ＣＶＤ法又はスパッタ法を用いて、上部容量／駆動電極２上、犠牲層９８上、第２のばね構造のアンカー形成領域の開口部内に、堆積される。ここで、ばね構造４２に用いられる脆性材料は、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）及びシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のような半導体材料、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム−チタニウム（ＡｌＴｉ）合金のような導電性を有する材料のいずれかである。   After the upper capacitor / drive electrode 2 and the first spring structure 41 are formed, an opening is formed in the sacrificial layer 98 in the anchor formation region of the second spring structure. Then, the brittle material constituting the second spring structure is formed on the upper capacitor / driving electrode 2, the sacrificial layer 98, and in the opening of the anchor formation region of the second spring structure by using, for example, CVD or sputtering. Is deposited. Here, brittle materials used for the spring structure 42 are semiconductor materials such as polysilicon (poly-Si), silicon (Si), and silicon germanium (SiGe), tungsten (W), molybdenum (Mo), and aluminum-titanium. It is one of conductive materials such as (AlTi) alloy.

その堆積された材料（膜）が、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法によって、所定の形状に加工され、脆性材料が用いられた第２のばね構造４５が形成される。第２のばね構造４５のばね定数が、第１のばね構造のばね定数よりも大きくなるように、第２のばね構造４５は、所定の膜厚又は所定の形状になるように、形成される。   The deposited material (film) is processed into a predetermined shape by, for example, the photolithography technique and the RIE method, and the second spring structure 45 using the brittle material is formed. The second spring structure 45 is formed to have a predetermined film thickness or a predetermined shape so that the spring constant of the second spring structure 45 is larger than the spring constant of the first spring structure. .

また、アンカー形成領域の開口部内に堆積された材料は、アンカー部となる。尚、第２のばね構造４５に接続されるアンカー部は、第１のばね構造４１に接続されるアンカー部と同じ工程及び同じ材料（例えば、延性材料）で、形成されてもよい。   Moreover, the material deposited in the opening of the anchor formation region becomes the anchor portion. The anchor portion connected to the second spring structure 45 may be formed by the same process and the same material (for example, ductile material) as the anchor portion connected to the first spring structure 41.

この後、犠牲層９８が、例えば、ウェットエッチングを用いて、選択的に除去される。これによって、図２Ａに示されるように、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、キャビティ（空隙）が形成される。   Thereafter, the sacrificial layer 98 is selectively removed using, for example, wet etching. As a result, as shown in FIG. 2A, a cavity (gap) is formed between the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32.

以上の工程によって、可動な上部電極（上部容量／駆動電極）２に、延性材料が用いられたばね構造４１と脆性材料が用いられたばね構造４５とが接続された構造のＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）が完成する。   Through the above steps, a MEMS device (MEMS variable capacitance device) having a structure in which a spring structure 41 using a ductile material and a spring structure 45 using a brittle material are connected to a movable upper electrode (upper capacitance / drive electrode) 2. ) Is completed.

形成されたＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、up-state時において、可動な上部電極と下部電極間の距離は、主に、脆性材料を用いたばね構造のばね定数によって、決定される。   In the formed MEMS variable capacitance device, in the up-state, the distance between the movable upper electrode and the lower electrode is mainly determined by the spring constant of the spring structure using a brittle material.

したがって、図２Ａ及び図３に示すＭＥＭＳデバイスの製造工程によれば、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを提供できる。   Therefore, according to the manufacturing process of the MEMS device shown in FIGS. 2A and 3, it is possible to provide a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to a creep phenomenon.

（Ａ−２） 構成例２
図４及び図５を用いて、本実施形態の構成例２に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂの構造について、説明する。図４は、本構成例におけるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂの平面構造を示している。図５は、図４のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示している。 (A-2) Configuration example 2
The structure of the MEMS variable capacitance device 100B according to Configuration Example 2 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows a planar structure of the MEMS variable capacitance device 100B in this configuration example. FIG. 5 shows a cross-sectional structure taken along line AA ′ of FIG.

ここでは、構成例１のＭＥＭＳデバイスとの相違点について、主に説明する。   Here, differences from the MEMS device of Configuration Example 1 will be mainly described.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂにおいて、上部容量／駆動電極２に、延性材料を用いたばね構造４１は接続されない。   In the MEMS variable capacitance device 100B of this configuration example, the spring structure 41 using a ductile material is not connected to the upper capacitance / drive electrode 2.

図４及び図５に示されるように、延性材料が用いられた上部容量／駆動電極２は、脆性材料を用いたばね構造４５及びアンカー部５２によって、中空に支持されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the upper capacitor / drive electrode 2 using the ductile material is supported in a hollow manner by the spring structure 45 and the anchor portion 52 using the brittle material.

ばね構造４５は、導電性を有する脆性材料が用いられている。本構成例で用いられる脆性材料は、例えば、Ｗ、Ｍｏ、ＡｌＴｉ、Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉなどである。また、アンカー部５２も、導電性を有する材料が用いられている。尚、アンカー部５２に用いられ材料は、ばね構造４５と同様に、導電性を有する脆性材料でもよいし、上部容量／駆動電極２と同様に、導電性を有する延性材料でもよい。   The spring structure 45 is made of a brittle material having conductivity. Examples of the brittle material used in this configuration example include W, Mo, AlTi, Si, and poly-Si. The anchor portion 52 is also made of a conductive material. The material used for the anchor portion 52 may be a brittle material having conductivity, as in the spring structure 45, or may be a ductile material having conductivity, similar to the upper capacitor / drive electrode 2.

アンカー部５２は、絶縁膜９４内に形成された開口部を経由して、配線９３，９５に直接接触する。   The anchor portion 52 is in direct contact with the wirings 93 and 95 via the opening formed in the insulating film 94.

脆性材料を用いたばね構造４５及びアンカー部５２は導電性を有するので、延性材料を用いたばね構造がなくても、バイアス電位／グランド電位が、ばね構造４５及びアンカー部５２を経由して、配線（電源線）９３，９５から上部容量／駆動電極２に供給される。   Since the spring structure 45 and the anchor portion 52 using a brittle material have conductivity, even if there is no spring structure using a ductile material, the bias potential / ground potential can be wired via the spring structure 45 and the anchor portion 52 ( Power supply lines 93 and 95 are supplied to the upper capacitor / drive electrode 2.

本構成例においても、図２Ｃに示される構成と同様に、上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３１，３２には、ローパスフィルタ７ａを経由して、電位（バイアス電位／グランド電位）が供給される。   Also in this configuration example, as in the configuration shown in FIG. 2C, the potential (bias potential / ground potential) is supplied to the upper capacitor / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31 and 32 via the low-pass filter 7a. Is done.

このように、ローパスフィルタ７ａを経由して、上部容量／駆動電極２に電位が供給される。そのため、ローパスフィルタ７ａによって供給電位の減衰を小さくできる。それゆえ、導電性の脆性材料の抵抗率が、延性材料の抵抗率に比較して高くても、導電性の脆性材料を用いたばね構造４５の電位の供給が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂの動作に、大きな悪影響を与えることは無い。   In this way, the potential is supplied to the upper capacitor / drive electrode 2 via the low-pass filter 7a. For this reason, the attenuation of the supply potential can be reduced by the low-pass filter 7a. Therefore, even if the resistivity of the conductive brittle material is higher than the resistivity of the ductile material, the supply of the potential of the spring structure 45 using the conductive brittle material contributes to the operation of the MEMS variable capacitance device 100B. There will be no major adverse effects.

したがって、第１の実施形態の構成例２においても、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを実現できる。   Therefore, also in the configuration example 2 of the first embodiment, a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to the creep phenomenon can be realized.

（Ａ−３） 構成例３
図６、図７Ａ、図７Ｂを用いて、本実施形態の構成例３に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃの構造について、説明する。図６は、本構成例におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスの平面構造を示している。図７Ａは、図６のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示している。図７Ｂは、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃの駆動時の状態を示している。尚、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、図中の手前方向又は奥行き方向の部材については、破線で示している。
図６及び図７Ａに示されるように、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、下部駆動電極３１，３２は、下部容量電極１１Ａ，１２Ａ上に積層されていない。 (A-3) Configuration example 3
The structure of the MEMS variable capacitance device 100C according to Configuration Example 3 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6, 7A, and 7B. FIG. 6 shows a planar structure of the MEMS variable capacitance device in this configuration example. FIG. 7A shows a cross-sectional structure taken along the line AA ′ of FIG. FIG. 7B shows a state during driving of the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example. In FIG. 7A and FIG. 7B, members in the front direction or depth direction in the drawings are indicated by broken lines.
As shown in FIGS. 6 and 7A, in the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example, the lower drive electrodes 31 and 32 are not stacked on the lower capacitance electrodes 11A and 12A.

図６及び図７Ａに示されるように、下部容量電極１１Ａ，１２Ａは、基板９上に設けられている。本構成例においても、下部容量電極１１Ａ，１２Ａは、対をなすシグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとから構成されている。シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、ｙ方向に延在している。シグナル電極１１Ａは、シグナル線ｓｉｇとして機能し、グランド電極１２Ａは、グランド線ｇｎｄとして機能する。シグナル電極１１Ａの電位は、可変であり、上部容量／駆動電極２の動作に伴って、変動する。グランド電極１２Ａには、例えば、グランド電位が供給される。シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの電位差（ＲＦ電圧）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃの出力（ＲＦパワー）となる。   As shown in FIGS. 6 and 7A, the lower capacitor electrodes 11A and 12A are provided on the substrate 9. Also in this configuration example, the lower capacitor electrodes 11A and 12A are configured by a signal electrode 11A and a ground electrode 12A that make a pair. The signal electrode 11A and the ground electrode 12A extend in the y direction. The signal electrode 11A functions as a signal line sig, and the ground electrode 12A functions as a ground line gnd. The potential of the signal electrode 11 </ b> A is variable and varies with the operation of the upper capacitor / drive electrode 2. For example, a ground potential is supplied to the ground electrode 12A. The potential difference (RF voltage) between the signal electrode 11A and the ground electrode 12A becomes the output (RF power) of the MEMS variable capacitance device 100C.

２つの下部駆動電極３１，３２は、ｘ方向に互いに隣接している。２つの下部駆動電極３１，３２は、シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの間の基板９上に設けられている。第１の下部駆動電極３１は、シグナル電極１１Ａのｘ方向に隣接している。第２の下部駆動電極３２は、グランド電極１２Ａのｘ方向に隣接している。   The two lower drive electrodes 31 and 32 are adjacent to each other in the x direction. The two lower drive electrodes 31 and 32 are provided on the substrate 9 between the signal electrode 11A and the ground electrode 12A. The first lower drive electrode 31 is adjacent to the signal electrode 11A in the x direction. The second lower drive electrode 32 is adjacent to the ground electrode 12A in the x direction.

下部駆動電極３１，３２は、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２の下方に設けられ、２つの下部駆動電極３１，３２の一部分が、上部容量／駆動電極２と上下に重なる位置に配置されている。
また、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、例えば、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に配置されている。 The lower drive electrodes 31 and 32 are provided below the upper capacitor / drive electrode 2 in a direction perpendicular to the surface of the substrate 9, and a part of the two lower drive electrodes 31, 32 is located above and below the upper capacitor / drive electrode 2. It is arranged at the position that overlaps.
Further, the signal electrode 11A and the ground electrode 12A are arranged at positions that do not overlap the upper capacitor / drive electrode 2 in the vertical direction with respect to the surface of the substrate 9, for example.

尚、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａは、例えば、下部駆動電極３１，３２と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａの膜厚は、下部駆動電極３１，３２の膜厚と同じになっている。   The signal / ground electrodes 11A and 12A are simultaneously formed using the same material as the lower drive electrodes 31 and 32, for example. In this case, the film thickness of the signal / ground electrodes 11A, 12A is the same as the film thickness of the lower drive electrodes 31, 32.

下部駆動電極３１，３２の表面は、絶縁膜３５，３６によって、それぞれ覆われている。この絶縁膜３５，３６には、開口部Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ設けられている。開口部Ｑ１，Ｑ２は、例えば、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に設けられている。シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａの表面は、絶縁膜３７，３８によって、それぞれ覆われている。絶縁膜３７，３８は、例えば、絶縁膜３５，３６と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、絶縁膜３７，３８の膜厚は、絶縁膜３５，３６の膜厚と同じである。   The surfaces of the lower drive electrodes 31 and 32 are covered with insulating films 35 and 36, respectively. Openings Q1 and Q2 are provided in the insulating films 35 and 36, respectively. The openings Q1 and Q2 are provided, for example, at positions that do not overlap the upper capacitor / drive electrode 2 in the vertical direction with respect to the surface of the substrate 9. The surfaces of the signal electrode 11A and the ground electrode 12A are covered with insulating films 37 and 38, respectively. The insulating films 37 and 38 are simultaneously formed using the same material as the insulating films 35 and 36, for example. In this case, the thickness of the insulating films 37 and 38 is the same as the thickness of the insulating films 35 and 36.

このように、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、下部駆動電極３１，３２と同じ配線レベルに設けられている。尚、配線レベルとは、基板９表面又は基板９下層のシリコン基板表面を基準とした高さ（位置）である。   Thus, in the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example, the signal electrode 11A and the ground electrode 12A are provided at the same wiring level as the lower drive electrodes 31 and 32. The wiring level is a height (position) based on the surface of the substrate 9 or the silicon substrate surface below the substrate 9.

第１及び第２の導電層３３，３４は、絶縁膜３５，３６，３７，３８上に設けられる。
第１の導電層３３は、絶縁膜３７を介して、シグナル電極１１Ａ上に積層されている。第１の導電層３３は、開口部Ｑ１を経由して、下部駆動電極３１に直接接触する。
第２の導電層３４は、絶縁膜３８を介して、グランド電極１２Ａ上に積層されている。第２の導電層３４は、開口部Ｑ２を経由して、下部駆動電極３２に直接接触する。尚、導電層３３，３４は、例えば、基板表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に配置される。 The first and second conductive layers 33 and 34 are provided on the insulating films 35, 36, 37 and 38.
The first conductive layer 33 is stacked on the signal electrode 11 </ b> A via the insulating film 37. The first conductive layer 33 is in direct contact with the lower drive electrode 31 via the opening Q1.
The second conductive layer 34 is stacked on the ground electrode 12 </ b> A via the insulating film 38. The second conductive layer 34 is in direct contact with the lower drive electrode 32 via the opening Q2. The conductive layers 33 and 34 are disposed, for example, at positions that do not overlap the upper capacitor / drive electrode 2 in the vertical direction with respect to the substrate surface.

構成例３のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、ＭＩＭ容量素子は、シグナル電極１１Ａ、第１の導電層３３、及び、シグナル電極１１Ａと導電層３３との間に挟まれた絶縁膜３７を用いて、構成されている。そのＭＩＭ容量素子は、電極１１Ａと導電層３３との対向面積、絶縁膜３７の膜厚及び絶縁膜３７の誘電率に応じて、一定の静電容量Ｃ１を有している。これと同様に、グランド電極１２Ａ、第１の導電層３４及び絶縁膜３８は、ＭＩＭ容量素子を構成し、その素子は一定の静電容量Ｃ２を有している。このように、導電層３３，３４は、ＭＩＭ容量素子の電極として機能する。 In the MEMS variable capacitance device 100C of the configuration example 3, the MIM capacitance element includes the signal electrode 11A, the first conductive layer 33, and the insulating film 37 sandwiched between the signal electrode 11A and the conductive layer 33. It is configured. The MIM capacitor element has a certain capacitance C 1 according to the facing area between the electrode 11A and the conductive layer 33, the film thickness of the insulating film 37, and the dielectric constant of the insulating film 37. Similarly, the ground electrode 12A, the first conductive layer 34 and the insulating film 38 constitutes a MIM capacitor element, the element has a constant capacitance C 2. Thus, the conductive layers 33 and 34 function as electrodes of the MIM capacitor element.

ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間に、容量結合を有している。また、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３２との間に、容量結合を有している。それらの容量結合の大きさは、静電容量Ｃ３，Ｃ４である。静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさは、上部容量／駆動電極２が上下に動くのに伴って、変化する。 The MEMS variable capacitance device 100 </ b> C has capacitive coupling between the upper capacitance / drive electrode 2 and the lower drive electrode 31. The MEMS variable capacitance device 100 </ b> C has capacitive coupling between the upper capacitance / drive electrode 2 and the lower drive electrode 32. The magnitudes of these capacitive couplings are electrostatic capacitances C 3 and C 4 . The magnitudes of the capacitances C 3 and C 4 change as the upper capacitance / drive electrode 2 moves up and down.

上記のように、下部駆動電極３１，３２は、開口部Ｑ１，Ｑ２を経由して、導電層３３，３４にそれぞれ電気的に接続されている。よって、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、静電容量（容量結合）Ｃ３，Ｃ４が、開口部Ｑ１，Ｑ２及び導電層３３，３４によって、静電容量Ｃ１，Ｃ２に直列に接続された構成を有する。 As described above, the lower drive electrodes 31 and 32 are electrically connected to the conductive layers 33 and 34 via the openings Q1 and Q2, respectively. Therefore, in the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example, the capacitances (capacitive coupling) C 3 and C 4 are in series with the capacitances C 1 and C 2 through the openings Q1 and Q2 and the conductive layers 33 and 34. It has the structure connected to.

上部容量／駆動電極２は、ばね構造４１，４５を経由して、アンカー部５１，５２に接続されている。上部容量／駆動電極２は、アンカー部５１，５２によって、下部駆動電極３１，３２上方に、中空に支えられている。   The upper capacitor / drive electrode 2 is connected to the anchor portions 51 and 52 via the spring structures 41 and 45. The upper capacitor / drive electrode 2 is supported in a hollow space above the lower drive electrodes 31, 32 by anchor portions 51, 52.

上部容量／駆動電極２は、延性材料が用いられたばね構造４１及びアンカー部５１を経由して、電位が供給される。本構成例においては、上部容量／駆動電極２のｙ方向の端部に、延性材料を用いたばね構造４１及び脆性材料を用いたばね構造４５がそれぞれ設けられている。尚、構成例２と同様に、導電性の脆性材料によって、ばね構造４５が形成された場合、延性材料を用いたばね構造４１を設けずともよい。   The upper capacitor / drive electrode 2 is supplied with a potential via a spring structure 41 and an anchor portion 51 using a ductile material. In this configuration example, a spring structure 41 using a ductile material and a spring structure 45 using a brittle material are provided at the end of the upper capacitor / drive electrode 2 in the y direction. As in the configuration example 2, when the spring structure 45 is formed of a conductive brittle material, the spring structure 41 using a ductile material may not be provided.

図７Ｂに示されるように、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、プルイン電圧以上の電位差が与えられると、上部容量／駆動電極２は下部駆動電極３１，３２に向かって下がる。つまり、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、up-stateからdown-stateになる。   As shown in FIG. 7B, the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example has an upper capacitance / capacitance device 100C when a potential difference equal to or higher than the pull-in voltage is applied between the upper capacitance / drive electrode 2 and the lower drive electrodes 31, 32. The drive electrode 2 is lowered toward the lower drive electrodes 31 and 32. That is, the MEMS variable capacitance device 100C is changed from the up-state to the down-state.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃでは、単に、可動な上部容量電極２と下部容量電極１１Ａとの電極間距離を変えて、下部容量電極（シグナル電極）１１Ａの電位を変動させるだけではなく、上部容量電極２と下部容量電極１１Ａとの間に、１つのＭＩＭ容量素子（静電容量Ｃ１，Ｃ２）と１つの容量結合（静電容量Ｃ３，Ｃ４）とが直列接続されているのを利用している。
可動な上部電極２が、up-stateからdown-stateになったときに、容量結合の静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさが変化する。その静電容量Ｃ３，Ｃ４の変化に伴って、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有するＭＩＭ容量素子の電位は変動する。その結果として、ＭＩＭ容量素子の一方の電極であるシグナル電極１１Ａの電位が変動する。尚、グランド電極１１Ｂの電位は、グランド電位に固定されているので、上部容量／駆動電極２が上下に動いても、変位しない。
これによって、シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの電位差が、ＲＦ電圧ＶＲＦとして出力される。 In the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example, not only simply changing the inter-electrode distance between the movable upper capacitance electrode 2 and the lower capacitance electrode 11A to change the potential of the lower capacitance electrode (signal electrode) 11A, Between the upper capacitive electrode 2 and the lower capacitive electrode 11A, one MIM capacitive element (capacitance C 1 , C 2 ) and one capacitive coupling (capacitance C 3 , C 4 ) are connected in series. I use it.
When the movable upper electrode 2 changes from the up-state to the down-state, the magnitudes of the capacitive coupling capacitances C 3 and C 4 change. As the capacitances C 3 and C 4 change, the potential of the MIM capacitive element having the constant capacitances C 1 and C 2 varies. As a result, the potential of the signal electrode 11A, which is one electrode of the MIM capacitor, varies. Since the potential of the ground electrode 11B is fixed to the ground potential, even if the upper capacitor / drive electrode 2 moves up and down, it does not move.
As a result, the potential difference between the signal electrode 11A and the ground electrode 12A is output as the RF voltage VRF .

このように、下部容量電極１１Ａが、上部容量電極２と上下に重ならない位置に配置されていても、下部容量電極１１Ａの電位が変動する。   Thus, even if the lower capacitor electrode 11A is arranged at a position that does not overlap with the upper capacitor electrode 2, the potential of the lower capacitor electrode 11A varies.

本構成例に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法において、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、下部駆動電極３１，３２と同じ工程で同時に形成される。すなわち、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、ダマシーンプロセスを用いずに、簡便な工程によって、形成できる。   In the manufacturing method of the MEMS variable capacitance device according to this configuration example, the signal electrode 11A and the ground electrode 12A are simultaneously formed in the same process as the lower drive electrodes 31 and 32. That is, the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example can be formed by a simple process without using a damascene process.

また、本構成例において、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａが、下部駆動電極３１，３２と同じ配線レベル（配線層）に形成されるため、導電層３７，３８が新たに設けられたとしても、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃを形成するための実質的な配線レベルの数は、２層になる。   In this configuration example, since the signal / ground electrodes 11A and 12A are formed at the same wiring level (wiring layer) as the lower drive electrodes 31 and 32, even if the conductive layers 37 and 38 are newly provided, The number of substantial wiring levels for forming the MEMS variable capacitance device 100C is two layers.

よって、本実施形態の構成例３にＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、積層電極構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスに比較して、配線レベルの数を削減できる。そのため、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃによれば、製造コストを低減できる。   Therefore, in the configuration example 3 of the present embodiment, the MEMS variable capacitance device 100C can reduce the number of wiring levels as compared with the MEMS variable capacitance device having a stacked electrode structure. Therefore, according to the MEMS variable capacitance device 100C of this configuration example, the manufacturing cost can be reduced.

本構成例においても、上述の構成例１と同様に、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、可動な上部電極（上部容量／駆動電極）２に、延性材料を用いたばね構造４１と脆性材料を用いたばね構造４５とが接続されている。よって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃのup-stateにおける、可動な上部電極２と下部電極（ここでは、下部駆動電極）３１，３２との距離は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数に依存する。   Also in this configuration example, like the above-described configuration example 1, the MEMS variable capacitance device 100C includes a spring structure 41 using a ductile material and a spring structure using a brittle material for the movable upper electrode (upper capacitance / drive electrode) 2. 45 is connected. Therefore, the distance between the movable upper electrode 2 and the lower electrode (here, the lower drive electrode) 31, 32 in the up-state of the MEMS variable capacitance device 100C depends on the spring constant of the spring structure 45 using a brittle material. .

それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作が、複数回繰り返されても、上部電極２に対するクリープ現象の影響は小さくなる。   Therefore, even if the operation of the MEMS variable capacitance device is repeated a plurality of times, the effect of the creep phenomenon on the upper electrode 2 is reduced.

したがって、第１の実施形態の構成例３によれば、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを実現できる。   Therefore, according to the configuration example 3 of the first embodiment, it is possible to realize a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to a creep phenomenon.

（Ａ−４） 構成例４
図８乃至図１０を用いて、本実施形態の構成例４に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスについて、説明する。図８は、本構成例に係るＭＥＭＳ可変容量素子１００Ｄの平面構造を示している。図９Ａは、図８のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示している。図９Ｂは、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの駆動時の状態を示している。
ここでは、本構成例に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄと、構成例１〜３に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスとの相違点について、主に説明する。
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、下部容量電極と下部駆動電極とが電気的に分離されている点が、他の構成例と相違する。 (A-4) Configuration example 4
A MEMS variable capacitance device according to Configuration Example 4 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows a planar structure of the MEMS variable capacitance element 100D according to this configuration example. FIG. 9A shows a cross-sectional structure taken along line AA ′ of FIG. FIG. 9B shows a state during driving of the MEMS variable capacitance device 100D of this configuration example.
Here, differences between the MEMS variable capacitance device 100D according to this configuration example and the MEMS variable capacitance devices according to configuration examples 1 to 3 will be mainly described.
The MEMS variable capacitance device 100D of this embodiment is different from other configuration examples in that the lower capacitance electrode and the lower drive electrode are electrically separated.

図８及び図９Ａに示すように、２つの下部駆動電極３１，３２は、基板９上に設けられる。２つの下部駆動電極３１，３２は、ｙ方向に延在している。２つの下部駆動電極３１，３２の上面には、絶縁膜３５Ａ、３６Ａが、それぞれ設けられている。絶縁膜３５Ａ，３６Ａは、スリットＵを有している。この絶縁膜３５Ａ，３６Ａは、例えば、下部駆動電極３１，３２の側面上には、設けられない。   As shown in FIGS. 8 and 9A, the two lower drive electrodes 31 and 32 are provided on the substrate 9. The two lower drive electrodes 31 and 32 extend in the y direction. Insulating films 35A and 36A are provided on the upper surfaces of the two lower drive electrodes 31 and 32, respectively. The insulating films 35A and 36A have a slit U. The insulating films 35A and 36A are not provided on the side surfaces of the lower drive electrodes 31 and 32, for example.

シグナル電極１１Ｂ及びグランド電極１２Ｂは、２つの下部駆動電極３１，３２間の基板９上に設けられている。シグナル電極１１Ｂ及びグランド電極１２Ｂは、ｙ方向に延在している。シグナル／グランド電極１１Ｂ，１２Ｂの表面は、絶縁膜３７，３８によって、それぞれ覆われている。シグナル／グランド電極１１Ｂ，１２Ｂは、例えば、下部駆動電極３１，３２と同じ材料が用いられ、シグナル／グランド電極１１Ｂ，１２Ｂの膜厚は、下部駆動電極３１，３２の膜厚と同じ膜厚である。   The signal electrode 11B and the ground electrode 12B are provided on the substrate 9 between the two lower drive electrodes 31 and 32. The signal electrode 11B and the ground electrode 12B extend in the y direction. The surfaces of the signal / ground electrodes 11B and 12B are covered with insulating films 37 and 38, respectively. For example, the signal / ground electrodes 11B and 12B are made of the same material as the lower drive electrodes 31 and 32, and the film thickness of the signal / ground electrodes 11B and 12B is the same as the film thickness of the lower drive electrodes 31 and 32. is there.

シグナル電極１１Ｂ及びグランド電極１２Ｂは、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの下部容量電極として機能する。シグナル電極１１Ｂの電位は、可変にされ、グランド電極１２Ｂの電位は、一定の電位（例えば、グランド電位）に設定される。   The signal electrode 11B and the ground electrode 12B function as a lower capacitance electrode of the MEMS variable capacitance device 100D. The potential of the signal electrode 11B is variable, and the potential of the ground electrode 12B is set to a constant potential (for example, ground potential).

上部容量／駆動電極２は、１つの導電層であり、例えば、ｘ方向に延在している。そして、他の構成例と同様に、上部容量／駆動電極２は、容量電極として機能すると共に、駆動電極としても機能する。   The upper capacitor / drive electrode 2 is one conductive layer and extends, for example, in the x direction. As in the other configuration examples, the upper capacitor / drive electrode 2 functions as a capacitor electrode and also functions as a drive electrode.

本構成例においては、互いに隣接した２つの下部容量電極１１Ａ，１２のｘ方向の一端及び他端に、下部駆動電極３１，３２が、隣接している。そのため、本構成例のＭＥＭＳ可変容量素子１００Ｄにおいて、上部電極２は、容量電極と駆動電極とに電気的に分離されていないが、可変容量素子の可動な上部容量電極の一端及び他端に、アクチュエータの可動な上部駆動電極がそれぞれ接続された構造と実質的に同じになっている。   In this configuration example, lower drive electrodes 31 and 32 are adjacent to one end and the other end in the x direction of two lower capacitor electrodes 11A and 12 adjacent to each other. Therefore, in the MEMS variable capacitance element 100D of this configuration example, the upper electrode 2 is not electrically separated into a capacitance electrode and a drive electrode, but at one end and the other end of the movable upper capacitance electrode of the variable capacitance element, The structure is substantially the same as the structure in which the movable upper drive electrodes of the actuator are connected to each other.

つまり、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａの上方に位置する上部電極２の部分２０が、実質的な上部容量電極として、機能する。以下では、この部分２０のことを、上部容量電極部２０とよぶ。上部容量電極部２０と下部容量電極１１Ａ，１２とが、可変容量素子７０を構成している。上部容量電極部２０と下部容量電極１１Ａ，１２との間には、キャビティが設けられている。   That is, the portion 20 of the upper electrode 2 located above the signal / ground electrodes 11A and 12A functions as a substantial upper capacitance electrode. Hereinafter, this portion 20 is referred to as the upper capacitive electrode portion 20. The upper capacitive electrode portion 20 and the lower capacitive electrodes 11A and 12 constitute a variable capacitive element 70. A cavity is provided between the upper capacitive electrode portion 20 and the lower capacitive electrodes 11A and 12.

また、下部駆動電極３１，３２の上方に位置する上部電極２の部分２１，２２が、実質的な駆動電極として、機能する。以下では、この部分２１，２２のことを、上部駆動電極部２１，２２とよぶ。上部駆動電極部２１と下部駆動電極３１とが、１つの静電駆動型アクチュエータ７１を構成している。上部駆動電極２２と下部駆動電極３２とが、１つの静電駆動型アクチュエータ７２を構成している。上部駆動電極２１，２２と下部駆動電極３１，３２との間には、キャビティが設けられている。   Further, the portions 21 and 22 of the upper electrode 2 located above the lower drive electrodes 31 and 32 function as substantial drive electrodes. Hereinafter, these portions 21 and 22 are referred to as upper drive electrode portions 21 and 22. The upper drive electrode portion 21 and the lower drive electrode 31 constitute one electrostatic drive actuator 71. The upper drive electrode 22 and the lower drive electrode 32 constitute one electrostatic drive actuator 72. A cavity is provided between the upper drive electrodes 21 and 22 and the lower drive electrodes 31 and 32.

上部容量／駆動電極２には、延性材料が用いられたばね構造４１が接続されている。本構造例においては、上部容量／駆動電極２のうち、上部駆動電極部２１のｘ方向の一端に、ばね構造４１が接続されている。また、上部容量／駆動電極２のうち、上部駆動電極部２１，２２のｙ方向の両端に、脆性材料が用いられたばね構造４５がそれぞれ接続されている。尚、上部容量電極部２０に、延性材料を用いたばね構造や脆性材料を用いたばね構造が接続されてもよい。   A spring structure 41 using a ductile material is connected to the upper capacitor / drive electrode 2. In this structural example, a spring structure 41 is connected to one end of the upper drive electrode portion 21 in the x direction in the upper capacitor / drive electrode 2. In addition, spring structures 45 using a brittle material are connected to both ends of the upper drive electrode portions 21 and 22 in the y direction of the upper capacitor / drive electrode 2. Note that a spring structure using a ductile material or a spring structure using a brittle material may be connected to the upper capacitor electrode portion 20.

このように、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、上部容量電極部２０の一端及び他端にアクチュエータの上部駆動電極が接続された両持ち構造（ブリッジ構造）と、等価な構造を有している。そして、本構成例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、１つの導電層からなる上部容量／駆動電極２が、下部容量電極１１Ｂ，１２Ｂ上方及び下部駆動電極３１，３２上方に跨って、中空に支持されている。   As described above, the MEMS variable capacitance device 100D of the present configuration example has an equivalent structure to the both-end supported structure (bridge structure) in which the upper drive electrode of the actuator is connected to one end and the other end of the upper capacitance electrode portion 20. ing. In the MEMS variable capacitance device 100D of this configuration example, the upper capacitor / drive electrode 2 made of one conductive layer is supported in a hollow manner over the lower capacitor electrodes 11B, 12B and the lower drive electrodes 31, 32. ing.

図９Ｂは、本構造例のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄのdown-stateを示している。また、図９Ｂは、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄと、電位供給回路８ａ，８ｂとの接続関係を示している。   FIG. 9B shows the down-state of the MEMS variable capacitance device 100D of this structural example. FIG. 9B shows a connection relationship between the MEMS variable capacitance device 100D and the potential supply circuits 8a and 8b.

本構成例において、２つの下部駆動電極３１，３２は、例えば、１つのローパスフィルタ７ｂを介して、１つの電位供給回路８ｂに共通に接続されている。但し、２つの下部駆動電極３１，３２は、それぞれ異なるローパスフィルタに接続されてもよいし、それぞれ異なる電位供給回路に接続されてもよい。上部容量／駆動電極２及びばね構造４１には、ローパスフィルタ７ａを介して、電位供給回路８ａに接続されている。よって、上部容量電極部２０と上部駆動電極部２１，２２とは、同じ電位に設定される。尚、構成例２と同様に、導電性の脆性材料（例えば、Ｗ）を用いて、脆性材料を用いたばね構造４５を経由して、上部容量／駆動電極２に、電位が供給されてもよい。   In this configuration example, the two lower drive electrodes 31 and 32 are commonly connected to one potential supply circuit 8b via, for example, one low-pass filter 7b. However, the two lower drive electrodes 31 and 32 may be connected to different low-pass filters, or may be connected to different potential supply circuits. The upper capacitor / drive electrode 2 and the spring structure 41 are connected to a potential supply circuit 8a through a low-pass filter 7a. Therefore, the upper capacitor electrode unit 20 and the upper drive electrode units 21 and 22 are set to the same potential. Similarly to the configuration example 2, a potential may be supplied to the upper capacitor / driving electrode 2 through a spring structure 45 using a brittle material using a conductive brittle material (for example, W). .

上部駆動電極部２１，２２と下部駆動電極３１，３２との間に電位差（プルイン電圧）が与えられることで、上部駆動電極部２１，２２は、下部駆動電極３１，３２側に下がる。上部容量電極部２０は上部駆動電極部２１，２２と一体になった導電層であるので、上部駆動電極２１，２２の動作に伴って、上部駆動電極部２０は、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａに向かって、下がる。これによって、上部容量電極部２０とシグナル電極１１Ｂとの電極間距離が変化し、シグナル電極１１Ｂの電位が変動する。シグナル電極１１Ｂとグランド電極１１Ｂとの電位差が、ＲＦ電圧として、出力される。   By applying a potential difference (pull-in voltage) between the upper drive electrode portions 21 and 22 and the lower drive electrodes 31 and 32, the upper drive electrode portions 21 and 22 are lowered toward the lower drive electrodes 31 and 32. Since the upper capacitive electrode section 20 is a conductive layer integrated with the upper drive electrode sections 21 and 22, the upper drive electrode section 20 is connected to the signal / ground electrodes 11A and 12A as the upper drive electrodes 21 and 22 operate. Go down toward. As a result, the interelectrode distance between the upper capacitive electrode portion 20 and the signal electrode 11B changes, and the potential of the signal electrode 11B varies. A potential difference between the signal electrode 11B and the ground electrode 11B is output as an RF voltage.

上部駆動電極部２１，２２と下部駆動電極３１，３２との間に、プルアウト電圧が印加されると、図９Ａに示すように、上部容量／駆動電極２は、down-stateからup-stateに戻る。   When a pull-out voltage is applied between the upper drive electrode portions 21 and 22 and the lower drive electrodes 31 and 32, as shown in FIG. 9A, the upper capacitor / drive electrode 2 changes from the down-state to the up-state. Return.

本構成例のＭＥＭＳ可変容量素子１００Ｄでは、下部駆動電極３１，３２を覆う絶縁膜３５Ａ，３６Ａが、スリットＵを有する。これによって、ＭＥＭＳ可変容量素子１００Ｄのdown-stateにおいて、上部駆動電極部２１，２２と下部駆動電極３１，３２との間に発生する負荷容量が、低減される。また、本構成例４のＭＥＭＳ可変容量素子１００Ｄは、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２と下部駆動電極３１，３２とが、電気的に分離されているため、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２と下部駆動電極３１，３２との間の静電容量（容量結合）が小さい。その結果として、下部駆動電極３１，３２に加わる負荷容量は、さらに小さくなる。
それゆえ、本構成例４のＭＥＭＳ可変容量素子１００Ｄは、高速に駆動できる。 In the MEMS variable capacitance element 100D of this configuration example, the insulating films 35A and 36A that cover the lower drive electrodes 31 and 32 have slits U. As a result, in the down-state of the MEMS variable capacitance element 100D, the load capacitance generated between the upper drive electrode portions 21 and 22 and the lower drive electrodes 31 and 32 is reduced. Further, in the MEMS variable capacitance element 100D of Configuration Example 4, since the signal / ground electrodes 11A, 11 and the lower drive electrodes 31, 32 are electrically separated, the signal / ground electrodes 11A, 12 and the lower drive The capacitance (capacitive coupling) between the electrodes 31 and 32 is small. As a result, the load capacity applied to the lower drive electrodes 31 and 32 is further reduced.
Therefore, the MEMS variable capacitance element 100D of Configuration Example 4 can be driven at high speed.

尚、図１０に示されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄ’のように、２つの下部容量電極のうちグランド電極１１Ｂに、ＤＣカット容量素子（ブロッキングキャパシタ）７５が接続されてもよい。ＤＣカット容量素子７５は、一定の静電容量を有し、例えば、基板９上に形成されたＭＩＭ容量素子である。ＤＣカット容量素子７５は、グランド線（グランド電極１２Ｂ）の電位が含む直流成分が、外部に出力されるのを遮断する。   A DC cut capacitor (blocking capacitor) 75 may be connected to the ground electrode 11B of the two lower capacitor electrodes as in the MEMS variable capacitor device 100D 'shown in FIG. The DC cut capacitive element 75 has a certain capacitance and is, for example, an MIM capacitive element formed on the substrate 9. The DC cut capacitive element 75 blocks the direct current component included in the potential of the ground line (ground electrode 12B) from being output to the outside.

図１０に示されるように、電位供給回路８ｄが、ローパスフィルタ７ｄを介して、ＤＣカット容量素子７５とグランド電極１１Ｂとの間に接続されている。電位供給回路８ｄは、グランド電極１１Ｂに、一定の電位Ｖｍを供給する。電位Ｖｍは、例えば、５Ｖ程度である。図１０に示されるＭＥＭＳ可変容量デバイスでは、グランド電極１２Ｂは、電位Ｖｍ（＞０）が供給された擬似グランド線（Pseudo-gnd）となる。   As shown in FIG. 10, the potential supply circuit 8d is connected between the DC cut capacitive element 75 and the ground electrode 11B via the low-pass filter 7d. The potential supply circuit 8d supplies a constant potential Vm to the ground electrode 11B. The potential Vm is, for example, about 5V. In the MEMS variable capacitance device shown in FIG. 10, the ground electrode 12B becomes a pseudo-ground line (Pseudo-gnd) supplied with the potential Vm (> 0).

図１０に示される構成のように、グランド電極１２Ｂに電位Ｖｍを印加して、グランド電極１２Ｂを擬似グランド線とすることで、その電位Ｖｍによって生じる静電引力によって、上部容量電極部２０と下部容量電極１（シグナル／グランド電極１１Ｂ）との密着性が増加する。そのため、図１０に示されるＭＥＭＳ可変容量素子１００Ｄ’は、より大きな容量値及び出力が得られる。   As shown in FIG. 10, by applying the potential Vm to the ground electrode 12B and using the ground electrode 12B as a pseudo ground line, the upper capacitive electrode portion 20 and the lower capacitor electrode 20 are formed by electrostatic attraction generated by the potential Vm. Adhesiveness with the capacitive electrode 1 (signal / ground electrode 11B) increases. Therefore, the MEMS variable capacitance element 100D ′ shown in FIG. 10 can obtain a larger capacitance value and output.

本実施形態の構成例４に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄ、１００Ｄ’においても、延性材料が用いられたばね構造４１と脆性材料が用いられたばね構造４５とが、可動な上部電極（上部容量／駆動電極）２に、接続されている。よって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄ，１００Ｄ’のup-stateにおける、可動な上部電極２と下部電極１１Ｂ，１２Ｂとの距離は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数に依存して、決まる。それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作が、複数回繰り返されても、上部電極２に対するクリープ現象の影響は小さくなる。   Also in the MEMS variable capacitance devices 100D and 100D ′ according to the configuration example 4 of the present embodiment, the spring structure 41 using the ductile material and the spring structure 45 using the brittle material include the movable upper electrode (upper capacitance / drive electrode). ) 2 is connected. Therefore, the distance between the movable upper electrode 2 and the lower electrodes 11B and 12B in the up-state of the MEMS variable capacitance devices 100D and 100D ′ is determined depending on the spring constant of the spring structure 45 using a brittle material. Therefore, even if the operation of the MEMS variable capacitance device is repeated a plurality of times, the effect of the creep phenomenon on the upper electrode 2 is reduced.

したがって、第１の実施形態の構成例４によれば、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを実現できる。   Therefore, according to the configuration example 4 of the first embodiment, it is possible to realize a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to a creep phenomenon.

（Ａ−５） 応用例
図１１を用いて、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの応用例について、説明する。図１１は、本応用例におけるＭＥＭＳデバイス（容量バンク）の平面構造を示している。図１１に示されるように、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いて、容量バンクを構成してもよい。 (A-5) Application example
An application example of the MEMS device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a planar structure of a MEMS device (capacity bank) in this application example. As shown in FIG. 11, a capacitor bank may be configured by using a plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 .

図１１に示されるように、容量バンク５００は、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２によって、構成されている。図１１に示される容量バンク５００は、構成例１（図１参照）で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスが複数個用いられている。但し、容量バンク５００は、構成例２〜４で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスによって、構成されてもよい。ここでは、図示の簡略化のため、２個のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２が図示されているが、３個以上のＭＥＭＳ可変容量デバイスを用いて、容量バンク５００を構成してもよいのは、もちろんである。 As shown in FIG. 11, the capacitor bank 500 includes a plurality of MEMS variable capacitor devices 100 1 and 100 2 . A capacitor bank 500 shown in FIG. 11 uses a plurality of MEMS variable capacitor devices described in the configuration example 1 (see FIG. 1). However, the capacity bank 500 may be configured by the MEMS variable capacity device described in the configuration examples 2 to 4. Here, for simplification of illustration, two MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 are illustrated, but the capacitance bank 500 may be configured by using three or more MEMS variable capacitance devices. Of course.

複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、１つの基板９上に設けられている。複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、ｙ方向に沿って配列されている。 The plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 are provided on one substrate 9. The plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 are arranged along the y direction.

シグナル／グランド電極１１，１２及び下部駆動電極３１，３２は、ｙ方向に延在し、それらの電極１１，１２，３１，３２は、ｙ方向に配列された複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２によって、共通に用いられる。第１の実施形態の構成例１において、図２Ａを用いて説明したように、下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜を介して、シグナル／グランド電極１１，１２上に積層されている。 The signal / ground electrodes 11, 12 and the lower drive electrodes 31, 32 extend in the y direction, and the electrodes 11, 12, 31, 32 are a plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 , 100 arranged in the y direction. by 100 2, it is used in common. In the configuration example 1 of the first embodiment, as described with reference to FIG. 2A, the lower drive electrodes 31 and 32 are stacked on the signal / ground electrodes 11 and 12 via an insulating film.

上部容量／駆動電極２１，２２は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２毎に、それぞれ設けられる。そして、各上部容量／駆動電極２１，２２は、延性材料を用いたばね構造４１１，４１２と脆性材料を用いたばね構造４５１，４５２が接続されている。上部容量／駆動電極２１，２２は、ばね構造４１１，４１２，４５１，４５２を介して、アンカー部５１，５２に接続されている。これによって、各上部容量／駆動電極２１，２２は、駆動電極３１，３２上方において、中空に支持されている。 The upper capacitor / drive electrodes 2 1 and 2 2 are provided for the MEMS variable capacitor devices 100 1 and 100 2 , respectively. The upper capacitor / drive electrodes 2 1 and 2 2 are connected to spring structures 41 1 and 41 2 using a ductile material and spring structures 45 1 and 45 2 using a brittle material. The upper capacitor / drive electrodes 2 1 and 2 2 are connected to the anchor portions 51 and 52 via spring structures 41 1 , 41 2 , 45 1 and 45 2 . Thus, the upper capacitor / drive electrodes 2 1 and 2 2 are supported in a hollow space above the drive electrodes 31 and 32.

図１１において、図示は省略されているが、図２Ｃに示されるのと同様に、２つの下部駆動電極３１，３２のそれぞれに、ローパスフィルタが接続される。そして、ローパスフィルタを経由して、下部駆動電極３１，３２のそれぞれに、電位供給回路から電位が供給される。   Although not shown in FIG. 11, a low pass filter is connected to each of the two lower drive electrodes 31 and 32, as shown in FIG. 2C. A potential is supplied from the potential supply circuit to each of the lower drive electrodes 31 and 32 via the low-pass filter.

また、上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、ローパスフィルタが接続される。これと同様に、電位供給回路も、上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、ローパスフィルタを経由して、１つずつ接続されている。このように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２の上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、電位が個別に供給される。 A low pass filter is connected to each of the upper capacitance / drive electrodes 2 1 and 2 2 . Similarly, the potential supply circuit is connected to each of the upper capacitors / drive electrodes 2 1 and 2 2 one by one through a low-pass filter. In this way, potentials are individually supplied to the upper capacitors / drive electrodes 2 1 and 2 2 of the MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 .

これによって、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、それぞれ独立してup-state及びdown-stateの２つの状態になるように、制御される。 Thereby, each MEMS variable capacitance device 100 1 , 100 2 is controlled to be independently in two states of up-state and down-state.

上述したように、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１はup-stateとdown-stateとの２つの状態の範囲内で、ＲＦ電圧（ＲＦパワー）を出力する。それゆえ、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１が出力するＲＦ電圧の周波数及び大きさは、up-state／down-stateの可動範囲及び動作サイクルから得られる値に限られてしまう。 As described above, one MEMS variable capacitance device 100 1 is within a range of two states with Stay up--state and down-state, and outputs an RF voltage (RF power). Therefore, the frequency and magnitude of the RF voltage output from one MEMS variable capacitance device 1001 are limited to values obtained from the up-state / down-state movable range and the operation cycle.

本応用例のように、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いて容量バンク５００が構成された場合、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２のup-state／down-stateをそれぞれ制御することによって、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイスが出力するＲＦ電圧よりも高い周波数のＲＦ電圧を、容量バンク５００は出力できる。つまり、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２がup-stateまたはdown-stateとなるタイミングを調整することで、より高い周波数のＲＦ電圧が、容量バンク５００によって、得られる。また、容量バンク５００によって、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を同時に駆動させることによって、より大きな値のＲＦ電圧を得ることもできる。 When the capacity bank 500 is configured by using a plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 as in this application example, the up-state / down-state of each MEMS variable capacitance device 100 1 and 100 2 is respectively determined. By controlling, the capacitor bank 500 can output an RF voltage having a frequency higher than the RF voltage output by one MEMS variable capacitor device. In other words, a higher frequency RF voltage is obtained by the capacitor bank 500 by adjusting the timing at which the MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 are in the up-state or the down-state. Further, by driving the plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 simultaneously by the capacitor bank 500, an RF voltage having a larger value can be obtained.

したがって、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いて容量バンク５００を構成することによって、より広い周波数帯域の出力（ＲＦ電圧／ＲＦパワー）を、得ることができる。 Therefore, by configuring the capacitor bank 500 using the plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 , an output (RF voltage / RF power) in a wider frequency band can be obtained.

容量バンク５００においても、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２の可動な上部電極２は、延性材料が用いられたばね構造４１と脆性材料が用いられたばね構造４５とが、接続されている。よって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２のup-stateにおける、可動な上部電極２と下部電極との距離は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数に依存する。それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作が、複数回繰り返されても、上部電極２に対するクリープ現象の影響は小さくなる。 Also in the capacity bank 500, the movable upper electrode 2 of each MEMS variable capacity device 100 1 , 100 2 is connected to a spring structure 41 using a ductile material and a spring structure 45 using a brittle material. Therefore, the distance between the movable upper electrode 2 and the lower electrode in the up-state of the MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 depends on the spring constant of the spring structure 45 using a brittle material. Therefore, even if the operation of the MEMS variable capacitance device is repeated a plurality of times, the effect of the creep phenomenon on the upper electrode 2 is reduced.

したがって、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いた容量バンク５００においても、クリープ現象による特性劣化を抑制するＭＥＭＳデバイスを実現できる。 Therefore, even in the capacitor bank 500 using the plurality of MEMS variable capacitance devices 100 1 and 100 2 , it is possible to realize a MEMS device that suppresses characteristic deterioration due to a creep phenomenon.

（Ｂ） スイッチ
本発明の例のＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭ可変容量素子に限定されず、ＭＥＭＳを適用した他のデバイスでもよい。
以下、図１２乃至図１６を参照して、ＭＥＭＳを適用したスイッチ（以下、ＭＥＭＳスイッチとよぶ）を例に挙げて、本発明の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスについて説明する。 (B) Switch
The MEMS device of the example of the present invention is not limited to the MEM variable capacitor, and may be another device to which MEMS is applied.
Hereinafter, a MEMS device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 16 by taking a switch to which MEMS is applied (hereinafter referred to as a MEMS switch) as an example.

（Ｂ−１） 構成例１
図１２乃至図１４を用いて、本実施形態の構成例１に係るＭＥＭＳスイッチ２００Ａの構造について説明する。図１２は、本構成例におけるＭＥＭＳスイッチ２００Ａの平面構造を示す平面図である。図１３Ａは、図１２のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図１３Ｂは、図１２のＢ−Ｂ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図１４は、図１２のＣ−Ｃ’線に沿う断面構造を示している。また、図１４は、ＭＥＭＳスイッチ２００Ａの駆動時の状態を示している。 (B-1) Configuration example 1
The structure of the MEMS switch 200A according to Configuration Example 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a plan view showing a planar structure of the MEMS switch 200A in this configuration example. 13A is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the line AA ′ of FIG. 13B is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure along the line BB ′ of FIG. FIG. 14 shows a cross-sectional structure taken along the line CC ′ of FIG. FIG. 14 shows a state when the MEMS switch 200A is driven.

図１２乃至図１４に示すように、基板１０上には、２つの下部駆動電極３１，３２が設けられる。下部駆動電極３１，３２は、ｘ方向に並んで配置されている。下部駆動電極３１，３２の表面は、絶縁膜３５，３６によって、覆われている。下部駆動電極３１には、配線（図示せず）を経由して、電位が供給される。   As shown in FIGS. 12 to 14, two lower drive electrodes 31 and 32 are provided on the substrate 10. The lower drive electrodes 31 and 32 are arranged side by side in the x direction. The surfaces of the lower drive electrodes 31 and 32 are covered with insulating films 35 and 36. A potential is supplied to the lower drive electrode 31 via a wiring (not shown).

２つの信号電極（ポート）１７Ａ，１７Ｂは、２つの下部駆動電極３１，３２間の基板９上に設けられている。２つの信号電極１７Ａ，１７Ｂは、ｙ方向に並んで配置されている。   The two signal electrodes (ports) 17A and 17B are provided on the substrate 9 between the two lower drive electrodes 31 and 32. The two signal electrodes 17A and 17B are arranged side by side in the y direction.

可動構造２４は、ばね構造４１，４２を経由して、アンカー部５１，５２に接続されている。これによって、可動構造２４は、信号電極１７Ａ，１７Ｂ上方及び下部駆動電極３１，３２上方に、中空に支持される。可動構造２４と電極１７Ａ，１７Ｂ，３１，３２との間に、空隙が設けられている。   The movable structure 24 is connected to the anchor portions 51 and 52 via the spring structures 41 and 42. Thus, the movable structure 24 is supported in a hollow manner above the signal electrodes 17A and 17B and above the lower drive electrodes 31 and 32. A gap is provided between the movable structure 24 and the electrodes 17A, 17B, 31, 32.

可動構造２４の底面には、基板９側に突出した突起部（以下、ディンプルとよぶ）２５が、設けられている。ディンプル２５は、信号電極１７Ａ，１７Ｂ上方に位置している。ＭＥＭＳスイッチ２００Ａがオン状態である場合、ディンプル２５が信号電極１７Ａ，１７Ｂに接触する。ディンプル２５は、スイッチ２００Ａの接点部として機能する。可動構造２４は、例えば、延性材料から構成され、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ｐｔなどが用いられる。   On the bottom surface of the movable structure 24, a protruding portion (hereinafter referred to as dimple) 25 protruding toward the substrate 9 is provided. The dimple 25 is located above the signal electrodes 17A and 17B. When the MEMS switch 200A is in the on state, the dimple 25 contacts the signal electrodes 17A and 17B. The dimple 25 functions as a contact portion of the switch 200A. The movable structure 24 is made of, for example, a ductile material, and for example, Al, Al alloy, Au, Pt, or the like is used.

第１のばね構造４１は、第１のアンカー部５１と可動構造２４とを接続している。   The first spring structure 41 connects the first anchor portion 51 and the movable structure 24.

第１のばね構造４１は、延性材料が用いられている。第１のばね構造４１は、例えば、可動構造２４と同じ材料が用いられ、可動構造２４と一体になっている。例えば、アンカー部５１は導電体から構成され、第１のばね構造４１と同じ材料（延性材料）が用いられている。   The first spring structure 41 is made of a ductile material. For example, the first spring structure 41 is made of the same material as that of the movable structure 24 and is integrated with the movable structure 24. For example, the anchor portion 51 is made of a conductor, and the same material (ductile material) as that of the first spring structure 41 is used.

第１のばね構造４１に用いられる延性材料は、上述のＭＥＭＳ可変容量素子の延性材料のばね構造と同様に、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ａｕ、Ｐｔのうち、いずれか１つが用いられる。尚、これら以外の延性材料を、延性材料を用いたばね構造４１に用いてもよい。   The ductile material used for the first spring structure 41 is made of any one of Al, an alloy containing Al as a main component, Au, and Pt, similarly to the spring structure of the ductile material of the MEMS variable capacitance element described above. It is done. In addition, you may use ductile materials other than these for the spring structure 41 using a ductile material.

第２のばね構造４５は、第２のアンカー部５２と可動構造２４とを接続している。   The second spring structure 45 connects the second anchor portion 52 and the movable structure 24.

第２のばね構造４５は、例えば、脆性材料が用いられている。このように、ＭＥＭＳスイッチ２００Ａにおいても、上述のＭＥＭＳ可変容量素子と同様に、第２のばね構造４５は、可動構造２４と異なる材料が用いられている。第２のばね構造４５に用いられる脆性材料は、上述のＭＥＭＳ可変容量素子の脆性材料のばね構造と同様に、Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＡｌＴｉ合金、ＳｉＧｅ、Ｗ、Ｍｏのうち、いずれか１つが用いられる。尚、ＡｌＴｉ合金には、ＡｌとＴｉ以外の元素を含んでもよい。また、尚、これら以外の脆性材料を、脆性材料のばね構造４５に用いてもよい。   For example, a brittle material is used for the second spring structure 45. As described above, also in the MEMS switch 200A, the second spring structure 45 is made of a material different from that of the movable structure 24, similarly to the above-described MEMS variable capacitance element. The brittle material used for the second spring structure 45 is one of Si, poly-Si, AlTi alloy, SiGe, W, and Mo, as in the brittle material spring structure of the MEMS variable capacitance element described above. Used. The AlTi alloy may contain elements other than Al and Ti. In addition, brittle materials other than these may be used for the spring structure 45 of brittle materials.

脆性材料のばね構造４５と可動構造２４との接合部において、ばね構造４５は、可動構造２４上に積層されている。   The spring structure 45 is laminated on the movable structure 24 at the joint between the spring structure 45 of the brittle material and the movable structure 24.

脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２は、延性材料を用いたばね構造４１のばね定数ｋ１よりも大きいことが好ましい。より具体的には、ばね定数ｋ２が、ばね定数ｋ１の３倍以上であることが好ましい。脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数を大きくするために、脆性材料を用いたばね構造４５の膜厚、線幅、湾曲部の形状が、適宜設定される。   The spring constant k2 of the spring structure 45 using a brittle material is preferably larger than the spring constant k1 of the spring structure 41 using a ductile material. More specifically, the spring constant k2 is preferably three times or more than the spring constant k1. In order to increase the spring constant of the spring structure 45 using the brittle material, the film thickness, the line width, and the shape of the curved portion of the spring structure 45 using the brittle material are appropriately set.

アンカー部５２は、例えば、第２のばね構造４５と同じ材料が用いられてもよいし、第１のばね構造４１と同じ材料が用いられてもよい。   For example, the same material as that of the second spring structure 45 may be used for the anchor portion 52, or the same material as that of the first spring structure 41 may be used.

可動構造２４は、延性材料が用いられたばね構造４１、アンカー部５１及び配線９１を介して、例えば、電位が供給される。尚、導電性を有する脆性材料をばね構造４５に用いた場合、その脆性材料を用いたばね構造４５から、可動構造２４に電位を供給してもよい。   For example, a potential is supplied to the movable structure 24 via the spring structure 41 using the ductile material, the anchor portion 51, and the wiring 91. When a brittle material having conductivity is used for the spring structure 45, a potential may be supplied to the movable structure 24 from the spring structure 45 using the brittle material.

本構成例におけるＭＥＭＳスイッチ２００Ａは、静電駆動型である。可動構造２４と駆動電極３１，３２とに与えられた電位差によって、可動構造２４と駆動電極３１，３２との間に、静電引力が発生する。この静電引力によって、可動構造２４が、駆動電極３１，３２側に引き寄せられ、可動構造２４は、基板側に向かって下がる。   The MEMS switch 200A in this configuration example is an electrostatic drive type. An electrostatic attractive force is generated between the movable structure 24 and the drive electrodes 31 and 32 due to a potential difference applied to the movable structure 24 and the drive electrodes 31 and 32. Due to the electrostatic attractive force, the movable structure 24 is attracted toward the drive electrodes 31 and 32, and the movable structure 24 is lowered toward the substrate side.

図１４を用いて、ＭＥＭＳスイッチ２００Ａの動作について、説明する。   The operation of the MEMS switch 200A will be described with reference to FIG.

図１４の（ａ）に示すように、可動構造２４が中空に支えられている状態（up-state）において、可動構造２４が有する接点部（ディンプル２５）は、信号電極１７Ａ，１７Ｂに接触しない。この場合、ＭＥＭＳスイッチ２００Ａはオフ状態である。   As shown in FIG. 14A, when the movable structure 24 is supported in a hollow state (up-state), the contact portion (dimple 25) of the movable structure 24 does not contact the signal electrodes 17A and 17B. . In this case, the MEMS switch 200A is in an off state.

一方、図１４の（ｂ）に示すように、可動構造２４と下部駆動電極３１，３２との間に設定される電位差が、可動構造２４が動き始める電位差（プルイン電圧）以上になると、その電位差によって生じる静電引力によって、可動構造２４が駆動電極３１，３２に向かって動く。つまり、可動構造２４が下方（基板側）に下がる。   On the other hand, as shown in FIG. 14B, when the potential difference set between the movable structure 24 and the lower drive electrodes 31 and 32 is equal to or higher than the potential difference (pull-in voltage) at which the movable structure 24 starts to move, the potential difference is increased. The movable structure 24 moves toward the drive electrodes 31 and 32 due to the electrostatic attraction generated by. That is, the movable structure 24 is lowered downward (substrate side).

これによって、可動構造２４のディンプル２５が、信号電極１７Ａ，１７Ｂに接触し、可動構造２４（配線９１）と信号電極１７Ａ，１７Ｂは導通する。この場合、ＭＥＭＳスイッチ２００Ａは、オン状態である。   As a result, the dimple 25 of the movable structure 24 comes into contact with the signal electrodes 17A and 17B, and the movable structure 24 (wiring 91) and the signal electrodes 17A and 17B are electrically connected. In this case, the MEMS switch 200A is in an on state.

図１４の（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳスイッチがオン状態のときに、ディンプル２５が、信号電極１７Ａ，１７Ｂに接触する。ディンプル（接点部）２５が可動構造２４の底面に設けられることによって、可動構造２４が下方向に動く際の単位面積当たりの力、すなわちディンプル２５と信号電極１７Ａ、１７Ｂとの接触時の力（コンタクト力）が強くなる。このため、駆動電圧を高くしなくても、ディンプル２５と信号電極１７Ａ，１７Ｂとの接触抵抗を、低減できる。   As shown in FIG. 14B, when the MEMS switch is on, the dimples 25 are in contact with the signal electrodes 17A and 17B. By providing the dimple (contact portion) 25 on the bottom surface of the movable structure 24, the force per unit area when the movable structure 24 moves downward, that is, the force (during contact between the dimple 25 and the signal electrodes 17A and 17B) Contact strength). For this reason, the contact resistance between the dimple 25 and the signal electrodes 17A and 17B can be reduced without increasing the drive voltage.

尚、ディンプル２５が信号電極１７Ａ，１７Ｂと十分に接触するために、ディンプル２５の膜厚ｔｄは、絶縁膜３５，３６の膜厚ｔｉより厚くされることが好ましい。   Note that the thickness td of the dimple 25 is preferably larger than the thickness ti of the insulating films 35 and 36 so that the dimple 25 is in sufficient contact with the signal electrodes 17A and 17B.

以上のように、ＭＥＭＳスイッチにおいて、中空に支えられ、上下方向に動く可動構造２４に、延性材料が用いられたばね構造４１と脆性材料が用いられたばね構造４５とが、接続されている。ＭＥＭＳスイッチのup-state（オフ状態）時における接点部２５と信号電極１７Ａ，１７Ｂの間隔は、主に、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数の大きさに依存して、決まる。そのため、クリープ現象が生じにくい脆性材料を用いたばね構造４５によって、up-state時の接点部と信号電極との間隔が、保持される。   As described above, in the MEMS switch, the spring structure 41 using the ductile material and the spring structure 45 using the brittle material are connected to the movable structure 24 supported in the hollow and moving in the vertical direction. The distance between the contact portion 25 and the signal electrodes 17A and 17B when the MEMS switch is up-stated is determined mainly depending on the spring constant of the spring structure 45 using a brittle material. Therefore, the space between the contact portion and the signal electrode at the time of up-state is maintained by the spring structure 45 using a brittle material that hardly causes a creep phenomenon.

これによって、ＭＥＭＳスイッチが、延性材料を用いた単層構造の可動構造及び延性材料を用いたばね構造を含んでいても、可動構造２４に対するクリープ現象の影響を抑制でき、低い損失及び高いアイソレーションを実現できる。   As a result, even if the MEMS switch includes a movable structure having a single layer structure using a ductile material and a spring structure using a ductile material, the effect of the creep phenomenon on the movable structure 24 can be suppressed, and low loss and high isolation can be achieved. realizable.

したがって、第１の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量素子と同様に、第２の実施形態に係るＭＥＭＳスイッチにおいても、クリープ現象による素子の特性劣化を抑制できる。   Therefore, similarly to the MEMS variable capacitance element described in the first embodiment, also in the MEMS switch according to the second embodiment, it is possible to suppress deterioration of element characteristics due to a creep phenomenon.

尚、本実施形態のＭＥＭＳスイッチの製造方法は、第１の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法と実質的に同じであるので、ＭＥＭＳスイッチ素子の製造方法の説明は省略する。   Note that the manufacturing method of the MEMS switch according to the present embodiment is substantially the same as the manufacturing method of the MEMS variable capacitance device described in the first embodiment, and thus the description of the manufacturing method of the MEMS switch element is omitted.

（Ｂ−２） 構成例２
図１５及び図１６を用いて、本実施形態の構成例２に係るＭＥＭＳスイッチ２００Ｂの構造について説明する。図１５は、本構成例におけるＭＥＭＳスイッチ２００Ｂの平面構造を示している。図１６は、図１５のＣ−Ｃ’線に沿う断面構造を示している。また、図１６は、ＭＥＭＳスイッチ２００Ｂの駆動時の状態を示している。尚、図１５のＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線に沿う断面構造は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示される構造と同じである。
ここでは、構成例１のＭＥＭＳスイッチとの相違点について、主に説明する。 (B-2) Configuration example 2
The structure of the MEMS switch 200B according to Configuration Example 2 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 15 shows a planar structure of the MEMS switch 200B in this configuration example. FIG. 16 shows a cross-sectional structure taken along the line CC ′ of FIG. FIG. 16 shows a state when the MEMS switch 200B is driven. The cross-sectional structure taken along the lines AA ′ and BB ′ in FIG. 15 is the same as the structure shown in FIGS. 13A and 13B.
Here, differences from the MEMS switch of Configuration Example 1 will be mainly described.

本構成例のＭＥＭＳスイッチ２００Ｂは、可動構造２４の底面にディンプルが設けられる代わりに、可動構造２４の端部に接点部２７が設けられている。   In the MEMS switch 200 </ b> B of this configuration example, a contact portion 27 is provided at an end of the movable structure 24 instead of providing dimples on the bottom surface of the movable structure 24.

図１５及び図１６に示すように、接点部２７は、可動構造２４の外周部からｙ方向かつ水平方向に延在しつつ、下側に、すなわち信号電極１７Ａ，１７Ｂに向かって反っている。   As shown in FIGS. 15 and 16, the contact portion 27 extends from the outer peripheral portion of the movable structure 24 in the y direction and the horizontal direction, and warps downward, that is, toward the signal electrodes 17 </ b> A and 17 </ b> B.

また、接点部２７は、先端が尖った平面形状を有しており、例えば、かぎ爪形状を有している。接点部２７上には、調整膜２９が設けられている。調整膜２９は、接点部２７の上面を覆うように設けられる。調整膜２９は、接点部２７よりも大きな圧縮性の内部応力を有する。この内部応力によって、接点部２７が、下側に反る。調整膜２９の材料は、前述した内部応力の条件を満たす限り、絶縁体であってもよいし、導電体であってもよい。尚、接点部２７を下側に反らすことができれば、調整膜２９は、接点部２７の底面に設けられてもよい。   The contact portion 27 has a planar shape with a sharp tip, for example, a claw shape. An adjustment film 29 is provided on the contact portion 27. The adjustment film 29 is provided so as to cover the upper surface of the contact portion 27. The adjustment film 29 has a compressive internal stress larger than that of the contact portion 27. Due to this internal stress, the contact portion 27 warps downward. The material of the adjustment film 29 may be an insulator or a conductor as long as the internal stress condition described above is satisfied. The adjustment film 29 may be provided on the bottom surface of the contact portion 27 as long as the contact portion 27 can be warped downward.

接点部２７の先端と信号電極１７Ａ，１７Ｂとの距離は、可動構造２４と信号電極１７Ａ，１７Ｂとの距離よりも、接点部２７の反りの分だけ短くなっている。   The distance between the tip of the contact portion 27 and the signal electrodes 17A and 17B is shorter than the distance between the movable structure 24 and the signal electrodes 17A and 17B by the amount of warpage of the contact portion 27.

このように、本構成例において、可動構造２４はディンプルを有さず、接点部２７の先端が、信号電極１７Ａ，１７Ｂに接触する。   Thus, in this configuration example, the movable structure 24 does not have dimples, and the tips of the contact portions 27 are in contact with the signal electrodes 17A and 17B.

図１６の（ａ）に示すように、かぎ爪形状の接点部２７が、信号電極１７Ａ，１７Ｂに接触しない場合、ＭＥＭＳスイッチ２００Ｂはオフ状態である。   As shown in FIG. 16A, when the claw-shaped contact portion 27 does not contact the signal electrodes 17A and 17B, the MEMS switch 200B is in an OFF state.

図１６の（ｂ）に示すように、可動構造２４と駆動電極３１，３２との間に生じる静電引力によって、可動構造２４が下側に下がる。そして、可動構造２４と信号電極１７Ａ，１７Ｂとが電気的に導通することによって、ＭＥＭＳスイッチ２００Ｂはオン状態になる。ＭＥＭＳスイッチ２００Ｂがオン状態になった場合、かぎ爪形状の接点部２７の先端のみが信号電極１７Ａ，１７Ｂに接触する。   As shown in FIG. 16 (b), the movable structure 24 is lowered by the electrostatic attractive force generated between the movable structure 24 and the drive electrodes 31 and 32. Then, when the movable structure 24 and the signal electrodes 17A and 17B are electrically connected, the MEMS switch 200B is turned on. When the MEMS switch 200B is turned on, only the tips of the claw-shaped contact portions 27 are in contact with the signal electrodes 17A and 17B.

接点部２７と電極１７Ａ，１７Ｂとが接触する時には、接点部２７の先端が電極１４の表面をスクラッチする。このため、接点部２７と電極１７Ａ，１７Ｂとの接触部分の付着物を除去することが可能である。また、接点部２７の先端が尖っているため、接点部２７と電極１７Ａ，１７Ｂとのコンタクト力が強くなる。このため、駆動電圧を高くしなくても接触抵抗を低減することができる。   When the contact portion 27 comes into contact with the electrodes 17A and 17B, the tip of the contact portion 27 scratches the surface of the electrode 14. For this reason, it is possible to remove the deposits at the contact portions between the contact portion 27 and the electrodes 17A and 17B. Further, since the tip of the contact portion 27 is sharp, the contact force between the contact portion 27 and the electrodes 17A and 17B is increased. For this reason, the contact resistance can be reduced without increasing the drive voltage.

図１５及び図１６に示されるように、本構成例２に示されるＭＥＭＳスイッチ２００Ｂにおいても、可動構造２４に、延性材料が用いられたばね構造４１と脆性材料が用いられたばね構造４５とが、接続されている。これによって、構造例２で述べたのと同様に、本構成例２におけるＭＥＭＳスイッチ２００Ｂは、可動構造２４に対するクリープ現象の影響を抑制でき、低い損失及び高いアイソレーションを実現できる。   As shown in FIGS. 15 and 16, also in the MEMS switch 200B shown in the present configuration example 2, the movable structure 24 is connected to the spring structure 41 using a ductile material and the spring structure 45 using a brittle material. Has been. Accordingly, as described in the structural example 2, the MEMS switch 200B in the present structural example 2 can suppress the influence of the creep phenomenon on the movable structure 24, and can realize low loss and high isolation.

したがって、本構成例２におけるＭＥＭＳスイッチにおいても、クリープ現象による素子の特性劣化を抑制できる。   Therefore, also in the MEMS switch according to the second configuration example, it is possible to suppress deterioration of element characteristics due to a creep phenomenon.

［その他］
本発明の第１及び第２の実施形態において、クリープ現象による特性劣化を抑制できるＭＥＭＳデバイスについて、説明した。ただし、本発明の実施形態は、図１乃至図１６に示されるＭＥＭＳデバイスの構造に限定されない。すなわち、あるＭＥＭＳデバイスにおいて、延性材料が用いられ、且つ、中空に支持される可動な構造（例えば、電極）が、延性材料が用いられたばね構造と脆性材料が用いられたばね構造とに接続されていれば、本発明の第１及び第２の実施形態で述べたＭＥＭＳデバイスと同様の効果が得られるのは、もちろんである。尚、第１の実施形態の構成例２で示したように、可動な構造は、少なくとも脆性材料が用いられたばね構造によって、中空に支持された構成であってもよい。 [Others]
In the first and second embodiments of the present invention, the MEMS device that can suppress the characteristic deterioration due to the creep phenomenon has been described. However, the embodiment of the present invention is not limited to the structure of the MEMS device shown in FIGS. That is, in a certain MEMS device, a movable structure (for example, an electrode) in which a ductile material is used and supported in a hollow is connected to a spring structure using a ductile material and a spring structure using a brittle material. Then, of course, the same effect as the MEMS device described in the first and second embodiments of the present invention can be obtained. Note that, as shown in the configuration example 2 of the first embodiment, the movable structure may be a structure that is supported in a hollow state by a spring structure using at least a brittle material.

例えば、静電駆動型アクチュエータにおいて、その上部駆動電極に、延性材料が用いられたばね構造と脆性材料を用いたばね構造とが接続されてもよい。   For example, in an electrostatic drive actuator, a spring structure using a ductile material and a spring structure using a brittle material may be connected to the upper drive electrode.

本発明の例は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。   The example of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying each component without departing from the gist thereof. Various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the above-described embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.

１：下部容量電極（下部電極）、１１：シグナル電極、１２：グランド電極、２：上部容量／駆動電極、３１，３２：下部駆動電極、１５，３５，３６：絶縁膜、９：基板、４１：第１のばね構造、４５：第２のばね構造、５１，５２：アンカー部。   1: lower capacitor electrode (lower electrode), 11: signal electrode, 12: ground electrode, 2: upper capacitor / drive electrode, 31, 32: lower drive electrode, 15, 35, 36: insulating film, 9: substrate, 41 : 1st spring structure, 45: 2nd spring structure, 51,52: Anchor part.

Claims (7)

基板上に設けられる電極と、
前記基板上に設けられた第１及び第２のアンカー部によって、前記電極上方に中空に支持され、前記電極に向かって動く可動構造と、
前記第１のアンカー部と前記可動構造とを接続し、延性材料が用いられる第１のばね構造と、
前記第２のアンカー部と前記可動構造とを接続し、脆性材料が用いられる第２のばね構造とを、具備し、
前記第１のばね構造を介して、前記可動構造に、電圧又は電流が供給される、
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。 An electrode provided on a substrate;
A movable structure that is supported in a hollow space above the electrode by the first and second anchor portions provided on the substrate and moves toward the electrode;
A first spring structure that connects the first anchor portion and the movable structure and uses a ductile material;
A second spring structure connecting the second anchor part and the movable structure and using a brittle material ;
A voltage or a current is supplied to the movable structure through the first spring structure.
The MEMS device characterized by the above-mentioned. 前記第２のばね構造のばね定数が、前記第１のばね構造のばね定数よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。   The MEMS device according to claim 1, wherein a spring constant of the second spring structure is larger than a spring constant of the first spring structure. 前記可動構造は、前記電極と対をなす電極であって、前記可動構造と前記電極とは、可変容量素子の容量電極を構成する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイス。   The MEMS device according to claim 1, wherein the movable structure is an electrode paired with the electrode, and the movable structure and the electrode constitute a capacitive electrode of a variable capacitive element. . 前記可動構造は、前記電極上方に接点部を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイス。   The MEMS device according to claim 1, wherein the movable structure has a contact portion above the electrode. 前記延性材料は、導電体であり、前記脆性材料は、絶縁体である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。   The MEMS device according to claim 1, wherein the ductile material is a conductor, and the brittle material is an insulator. 前記可動構造は、前記第１のばね構造と同じ延性材料が用いられる、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。The MEMS device according to any one of claims 1 to 5, wherein the movable structure is made of the same ductile material as the first spring structure. 前記可動構造と前記電極との間に設けられる駆動電極を、さらに具備し、A drive electrode provided between the movable structure and the electrode;
前記電極は、前記基板表面に対して平行方向に互いに隣接する第１及び第２の電極部を有し、The electrode has first and second electrode portions adjacent to each other in a direction parallel to the substrate surface,
前記駆動電極は、絶縁膜を介して前記第１の電極部上に積層される第１の駆動電極部と、絶縁膜を介して前記第２の電極部上に積層される第２の駆動電極部と、を有し、The drive electrode includes a first drive electrode portion stacked on the first electrode portion via an insulating film, and a second drive electrode stacked on the second electrode portion via an insulating film. And
前記可動構造は、前記第１の電極部及び前記第１の駆動電極部、及び、前記第２の電極部及び前記第２の駆動電極部、に対して共通に設けられ、The movable structure is provided in common for the first electrode portion and the first drive electrode portion, and the second electrode portion and the second drive electrode portion,
前記第１の電極部と前記第１の駆動電極部との間に、固定な第１の静電容量が形成され、A fixed first capacitance is formed between the first electrode portion and the first drive electrode portion,
前記第２の電極部と前記第２の駆動電極部との間に、固定な第２の静電容量が形成され、A fixed second capacitance is formed between the second electrode portion and the second drive electrode portion,
前記第１の駆動電極部と前記可動構造との間に、可変な第３の静電容量が形成され、A variable third capacitance is formed between the first drive electrode portion and the movable structure,
前記第２の駆動電極部と前記可動構造との間に、可変な第４の静電容量が形成され、A variable fourth capacitance is formed between the second drive electrode portion and the movable structure,
前記第１及び第２の電極部間において直列接続された前記第１、第２、第３及び第４の静電容量の合成容量の値が、可変容量値として用いられる、A combined capacitance value of the first, second, third, and fourth capacitances connected in series between the first and second electrode portions is used as a variable capacitance value.
ことを特徴とする請求項１乃至３、５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。The MEMS device according to claim 1, wherein the MEMS device is a device.
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